Effizient Kubus und Hülle planen, Daniel Dittmar [ PDF ]

Inhaltsverzeichnis
„Energieeffizentes Bauen“
Effizient Kubus und Hülle planen
Daniel Dittmar!! !
dipl. Architekt ETH
Effienergie AG
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1
1.
Einleitung
2.
Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens
3.
Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar)
4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
2
1.! Einleitung
2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens
Die 7 Regeln des energieeffizienten Bauens
Regel 1: Wärmeverluste
minimieren
Regel 1: Minimierung der Wärmeverluste
Wie plant man eine Liegenschaft möglichst energieeffizient?
In Anbetracht der globalen Herausforderung im Energie- und Klimabereich - mit Stichworten wie Energiewende und Reduktion des CO2-Ausstosses - wird dem Erstellen von
Gebäuden eine grosse Bedeutung zu geordnet.
Unter dem zweiten Teil sind die „6 Regeln des
energieeffizienten Bauens“ aufgeführt.
Für das Gelingen eines energieeffizienten Gebäude sind
die integrale Planung und die Betrachtung des Gebäudes
respektive von Hülle und Haustechnik als Gesamtsystem
unabdingbare Voraussetzungen.
Aus dem Referat „Architektur Gebäudetechnik“ von Andreas
Baumgartner, Amstein + Walthert AG
- Kompaktes Volumen mit durchgehend gedämmter
Gebäudehülle
- Hochgedämmte Gebäudehülle
Der dritte Teil „Gebäudetypologien (kompakt /
passivsolar)“ ist der Versuch, anhand von
bemerkenswerten Beispielen, verschiedenen Typologien
zu skizzieren.
Für das komplexe Thema „Energieeffizientes Bauen“ gibt
es kein architektonisches Patentrezept. Im Spannungsfeld
von Raumorganisation, Kompaktheit und Orientierung
zur Sonne nimmt die Lösung im jeweiligen Kontext
unterschiedliche Formen an.
- Möglichst wenig Wärmebrücken
Quelle: www.waermebildkamera-verleih.de
Die 7 Regeln des energieeffizienten Bauens
Regel 2: Maximieren
derEnergie
Solargewinne
Regel•2:Kompakte
Erneuerbare Formen
/ Solare Gewinne
Aus dem Referat „Passivsolar und/oder kompakt“ von Guido Honegger,
Vera Gloor Architekten
Im vierten Teil „Ausgewählte Fassaden im
Vergleich“ wird das Zusammenspiel von Glasanteil und
Beschattung, Energieverhalten und Fassadengestaltung bei
mehrschichtigen Fassaden betrachtet.
Die Gebäudehülle als Vermittler zwischen öffentlichem
und privatem Raum hat vielfältige, zum Teil widersprüchliche Aufgabe zu erfüllen.
Foto: Greenaction
3
Zürich, 17. Februar 2014
- Ausrichtung der Fensterflächen mit grossen
• Hochgedämmte Gebäudehülle
Energieeffizientes
Bauen Öffnungen
Verglasungen nach
Süden und kleine
• Wenig Wärmebrücken
nach Norden
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- Beschattung im Sommer beachten
- Materialisierung (Speicherfähigkeit beachten)
Aus dem Referat „Passivsolar und/oder kompakt“ von Guido Honegger,
Vera Gloor Architekten
Sonnenbahn im Sommer (rot) und Winter (blau)
4
• Ausrichtung / Orientierung Fensterflächen
Zürich, 17. Februar 2014
• Materialisierung
Energieeffizientes Bauen
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2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens
2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens
Regel
Einbezug
der
SIA
2040 5:
Effizienzpfad
Energie
Regel 3: Optimierte Gebäudetechnik
Energie aus induzierter Mobilität
- Einfache, modulare Systeme
- Verkehrsoptimierte Systeme entwickeln
- Erneuerbare Energieträger
- Tiefe Vorlauftemperatur (< 30°C)
- Bauen an Standorten mit guter Erschliessung des
öffentlichen Verkehrs
- Effiziente Geräte
- Komfortlüftungen
- Einfache Regel- und Steuersysteme
- Infrastruktur für Fussgänger und Velofahrer ausbauen
- Messkonzepte / Erfolgskontrolle
SIA 2040 Effizienzpfad Energie: Mit Berücksichtigung der standortabhängigen Alltagsmobilität für den Personenverkehr und die
Infrastruktur
Zürich, 17. Februar 2014
Quelle: www.heat.de
Energieeffizientes Bauen
Regel 6: Integrale Planung
Regel 4: Einbezug der grauen Energie
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- Optimierung von Neubauten: Wenig Beton
und viel Holz
- Planungsteam mit Architekt und Spezialisten
- Die frühzeitige Einbeziehung (konzeptionellen Phase)
aller notwendigen Experten im Planungsteam
- Substanzerhalt bei Sanierungsobjekten
- Synthese von Architektur, Gebäudetechnik und Ökologie
Beim U-Wertrechner vom Bauteilkatalog wird die
graue Energie der Konstruktion ausgewiesen.
Quelle: 3-Plan Haustechnik
3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2)
3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2)
1.2**MerkerHAreal,*Baden
*
Kompakt Typ 1 und Typ 2
Bsp. Typ
ZulaufHSchmidlin
1: Merker-Areal, Baden, Zulauf & Schmidlin Architekten
Wohnungsbau, 45 Whg mit Fabrikationshalle / 2009
Typ 1: Kompakt als Reihung und Schichtung
- Parkähnliche Grünanlage durch Kompaktheit
- Strenge Struktur mit 5-geschossigen Lichthöfen und
Rasterfassade
- Der Typ ist eher städtisch, respektive stadt-kompatibel
- Im Grundriss sind die Wohnungen gereiht und die
Räume in die Tiefe geschichtet
- Holzschnitzelfeuerung mit Sonnenkollektoren
- Haustechnik Minergie-P; Primäranforderung
Gebäudehülle nicht erfüllt
- Primäres Ziel ist der minimale Energieverlust
thaus*
„Kompakt“*durch*Reihung*+*Schichtung*
• 
Tiefe*durchgehende*Grundrisse*(23m)*mit*eingezogenen*Loggias*
•  Licht*und*Luc*ins*Zentrum*mit*Lichthof*/*mehrgeschossiges*Atrium**
Typ 2: Kompakt
als Punkthaus
•  Lichthof*mit*gegensei'ger*Einsicht*und*Transmissionswärmeverlusten,*da*nicht*
- Tiefe durchgehende Grundrisse (23m) mit
Eigentumswohnungsbau*45*Whg*mit*Fabrika'onshalle*/*2009*
überdacht.**
• 
• 
• 
• 
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Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
- Der Typ ist eher ländlich, respektive agglo-kompatibel
- Zentraler Erschliessungskern, meistens mit Oblicht
- Im Grundriss sind die Haupt- und Nebenräume
jeweils ringförmig um den Kern respektive um den
Hof gelagert.
eingezogenen Loggias
Parkähnliche*Grünanlage*durch*Kompaktheit*
- Licht und Luft ins Zentrum mit Lichthof (mehrStrenge*Struktur*mit*5Hgeschossigen*Lichthöfen*und*Rasterfassade*
geschossiges Atrium)
Heizung*Holzschnitzelfeuerung*mit*Sonnenkollektoren**
- Lichthof mit gegenseitiger Einsicht
und TransmissionsHaustechnisch*„MinergieHP“,*Primäranforderung*Gebäudehülle*nicht*erfüllt
*
wärmeverlusten (nicht überdacht)
- Ungünstiges Verhältnis von Oberfläche 8zu Volumen
- Primäres Ziel ist der minimale Energieverlust
Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
„Kompakt“*durch*Reihung*+*Schichtung*
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• 
• 
• 
Tiefe*durchgehende*Grundrisse*(23m)*mit*eingezogenen*Loggias*
Licht*und*Luc*ins*Zentrum*mit*Lichthof*/*mehrgeschossiges*Atrium**
Lichthof*mit*gegensei'ger*Einsicht*und*Transmissionswärmeverlusten,*da*nicht*
überdacht.**
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Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2)
3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4)
Passivsolar Typ 3 und Typ 4
Bsp. Typ 2: Mitterweg, Innsbruck, Baumschlager Eberle
Genossenschaftlicher Wohnungsbau, 60 Whg / 1997
Typ 3: Passivsolar als Reihe und einfache Schichtung
- Situation: Agglomeration, uneinheitliche Bebauung,
Nähe Flughafen
- Einseitige Orientierung: Schichtung von Haupt- und
Nebenräumen von Süd nach Nord
- Die Grundrisse sind in die Breite und nicht in die
Tiefe entwickelt
- Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert
(gegen Süden orientiert)
- Ziel ist der maximale solarer Gewinn
- Holzlattenrost als vereinheitlichende Fassade der
Balkonschicht
- Fernwärme und Solarkollektoren
• *Schichtung*von*HauptHund*Nebenräumen*von*Süd*nach*Nord.*
Typ 4: • Passivsolar
und Kompakt (Hybrid)
*Die*Grundrisse*sind*mehr*in*die*Breite*als*in*die*Tiefe*entwickelt*
• 
*Öffnungsgrösse*nach*Himmelsrichtung*differenziert.*
als
Reihe mit mehrfacher Schichtung
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- Schichtung in Haupt-, Neben- und Haupträume von
Süd nach Nord
- Die Grundrisse sind sowohl in die Breite als auch in
die Tiefe entwickelt
- Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert
(grosse Öffnungen von Südost bis Südwest)
- Ziel ist der maximale solare Gewinn bei minimalem
Energieverlust
Raumorganisation ringförmig geschichtet
Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
- Analogie: Zwiebel, Jahrringe Baum
- Zentraler Erschliessungskern mit Oblicht
- Nebenräume ringförmig angelagert
- Haupträume peripher mit Tageslicht
- Balkone als Pufferzone (Holzlattenrost mit Lichtund Schattenspiel)
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3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4)
3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4)
Bsp Typ 4: Eulachhof, Winterthur, Dietrich Schwarz
Bsp. Typ 3: Sunnywoods, Zürich, Kämpfen für Architektur
Mehrfamilienhaus an Südhanglage, 6 Whg / 2002
Wohnüberbauung 132 Whg / 2009
- Gestapelte Maisonettewohnungen mit Garten oder
Dachterrasse
- Neue Blockrandbebauung auf altem Industrieareal
- Südfassade teilweise mit GlassX (Solargläser mit
Latentspeicher)
- Südfassade und Dach mit passiven und aktiven
Massnahmen
- Minergie-P- Eco, Wärme aus Abluft und Abwasser,
Fotovoltaik
- Haupträume vorwiegend gegen Süd und Aussicht
- Schichtung in Haupt-, Neben- und Haupträumen von
Süd nach Nord
- Schichtung von Haupt- und Nebenräumen von Süd
nach Nord
- Die Grundrisse sind sowohl in die Tiefe (18.5m mit
Balkon) als auch in die Breite entwickelt
- Die Grundrisse sind mehr in die Breite als in die Tiefe
entwickelt
- Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert
- Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert
- Relativ starke Verschattung durch Südbalkon
• *Schichtung*von*HauptHund*Nebenräumen*von*Süd*nach*Nord.*
• *Die*Grundrisse*sind*mehr*in*die*Breite*als*in*die*Tiefe*entwickelt*
• *Öffnungsgrösse*nach*Himmelsrichtung*differenziert.*
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Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
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3. Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar)
3. Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar)
Enegiebedarf für kompakte und passivsolare Gebäude
Zusammenfassung „Solar und/oder kompakt“
Kompaktheit und Energiebedarf
Kompakt
Passivsolar
Kompaktheit ist nicht nur ökonomisch und energieeffizient, sie ist auch ökologisch (Reduktion der
Grauen Energie).
Die Herausforderung besteht darin, Tageslicht ins
Zentrum zu bekommen.
Passive Solarenergienutzung bedingt, dass Fensteröffnungen relativ exponiert, aber beschattbar sind
(schmaler Südbalkon und beweglicher Sonnenschutz).
Tiefe verglaste Loggien, wie bei Kompaktbauten mit
grosser Tiefe üblich, bringen keinen Gewinn.
Das Ziel ist der minimale Energieverlust
Das Ziel ist der maximale Energiegewinn
Weitere Kriterien
- Tiefere solare Lasten pro Quadratmeter Nutzfläche
- Schlechtere natürliche Lüftung bei hohen Raumtiefen
- Wenig Aussenfläche für Energiegewinnung
- Unwirtschaftliche Grundrisse
Weitere Kriterien
- Höhere solare Lasten pro Quadratmeter Nutzfläche
- Gute natürliche Lüftung
- Viel Aussenfläche für Energiegewinnung
- Wirtschaftliche Grundrisse
- Heizen (orange): Je kompakter um so geringer der
Energiebedarf
- Kühlen (blau): Je kompakter um so geringer der
Energiebedarf
- Beleuchtung (gelb): Je kompakter um so grösser
der Energiebedarf
- Der Gesamtenergiebedarf nimmt vom EFH bis zum
8-FH deutlich ab
- Ab 40-FH nimmt der Gesamtenergiebedarf wieder zu
Glasanteil und Energiebedarf
- Heizen (orange): Je höher der Glasanteil ist, um so
höher ist der Energiebedarf
- Kühlen (blau): Je höher der Glasanteil ist, um so
höher ist der Energiebedarf
- Beleuchtung (gelb): Je höher der Glasanteil ist, um
so kleiner ist der Energiebedarf
- Der Gesamtenergiebedarf erhöht sich ab 20% bis 50%
Glasanteil langsam
- Der Gesamtenergiebedarf erhöht sich ab 80%
Glasanteil stärker
Quelle: Hochschule Luzern
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Fazit
Für jeden Typ gibt es eine Vielzahl von Modellen und Varianten.
Je nach topografischer Lage, städtebaulichem Kontext und kulturellem Hintergrund
gilt es, zwischen Solar und/oder Kompakt abzuwägen.
Dabei können auch hybride Formen entstehen
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Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie
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4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
Hülle 1: Massiv- und Glasfassade
Energieverhalten und Gestaltung bei mehrschichtigen Fassaden
Eichgut, Winterthur
Hülle 1: Massiv- und Glasfassade
Gemeindehaus*Köniz*bei*Bern*
PlanergemeinschaT*Morscher*Bolliger*GWJ*
- Vera Gloor Architekten
Hülle 2: Doppelhaut-Fassade
- Hinterlüftete Alu-Blechpanele in differenzierten
Rottönen
Hülle 3: Glasfassade mit Lochbetonblende
- Sommerlicher Wärmeschutz: Schiebeläden mit
verstellbaren Lamellen
Hülle 4: Brise-Soleil
- Tragstruktur: Decken getragen von Kern und
Aussenwand
Hülle 1
LangfrisDge*Anpassung*an*veränderte*Bedürfnisse*
Hülle 2
Energieeffizientes Bauen
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Annahmen und Randbedingungen
Berechnungsgrundlagen
- Gleiche Nutzung (Verwaltung)
3-fach IV
Ug = 0.60 W/m2K
Uw = 0.95 W/m2K
g-Wert Glas = 0.45
- Gleicher Referenz-Baukörper (Gebäudehüllzahl)
Hülle 3
- Fassadenaufbau alle vier Seiten gleich
- Hauptfassade Südorientierung
U-Wert Fassade = 0.12 W/m2K
- Transmissionsverluste und solare Gewinne
Fensteranteil = 33% resp. 75%
- Beleuchtungsenergie nicht berücksichtigt
Hülle 4
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Verschattung
zum Teil Überhang 60° (Balkone)
- Sommerlicher Wärmeschutz nicht beurteilt
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Raumkonzept:**frei*unterteilbare*Raumschicht*um*zentralen*Kern*
4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
Hülle 2: Doppelhaut-Fassade mit Luftzwischenraum (Kastenfenster)
Hülle 3: Glasfassade mit Lochblenden
Gemeindehaus Köniz
DYB, Swatch-Group, Cormondrèche
- Morscher Bolliger GWJ
- Atelier Oi
- Puffer zur energetischen Bewirtschaftung
- 100 % Glasfassade
- Haut: Verbund-Sicherheitsglas (VSG)
- Lochbetonblende als Metapher der Edelsteinfassung
- Gesamtkonzept in Grundriss und Schnitt
Puffer*zur*energeDschen*BewirtschaTung*
Lochbetonblende*als*Metapher*der*Edelsteinfassung*
Berechnungsgrundlagen
Berechnungsgrundlagen
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2-fach IV
Ug = 1.10 W/m2K
Uw = 1.53 W/m2K (innen)
g-Wert Glas = 0.41
3-fach IV
Ug = 0.60 W/m2K
Uw = 0.95 W/m2K
g-Wert Glas = 0.45
U-Wert Fassade = 1.21 W/m2K
U-Wert Fassade = 0.95W/m2K
VSG-Haut
Reduktion g-Wert = 82%
g-Wert Fassade = 0.34
Verschattung
Überhang 15° (Gitterrost im LZR)
Lochblende
Reduktion g-Wert = ca. 50%
g-Wert Gesamtfassade = 0.25
Abstand Durchlüftung Fenster
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Energieeffizientes Bauen
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Energieeffizientes Bauen
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4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
Hülle 4: Brise-Soleil
Energieverhalten: Massiv, Glasfassade, Doppelhaut, Lochblende und Brise-soleil
E-Science Lab, ETH Zürich
Bilanz Fassaden Nord
- Baumschlager Eberle
Transmissionsverlust (rot)
- Zunehmend von Massiv bis Doppelhaut
- Bei Glasfassaden ist er gleich hoch
- Optimierung von Energiebilanz und Gebäudehülle
durch Simulationen.
Gewinn Solar (grün)
- Hoher Gewinn bei reiner Glasfassade
- Reduktion bei vorgesetzter Blende/VSG
- Brise-soleil hat relativ hohen Gewinn
(geringe Verschattung)
- Je nach Orientierung ergeben sich unterschiedliche
Balkontiefen
- Hohe Flexibilität bei minimalem Energiebedarf
Verluste*zunehmend*von*Massiv*bis*Doppelhaut,*bei*Glasfassaden*gleich*hoch.*
• Hoher*Gewinn*bei*reiner*Glasfassade,*RedukDon*bei*vorgesetzter*Blende/VSG.*
• BriseKsoleil*relaDv*hoher*Gewinn,*da*Verscha1ung*gering.*
Energieeffizientes Bauen
Berechnungsgrundlagen*eKScience*Lab*
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Berechnungsgrundlagen
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3"fach'IV*
3-fach
IV
UKWert*Glas*=*0.60*W/m2K*
Ug
= 0.60 W/m2K
UKWert*Fenster*=*0.95*W/m2K*
Uw
= 0.95 W/m2K
UKWert*Fassade*=*0.95*W/m2K*
g-Wert
Glas = 0.45
gKWert*Glas*=*0.45*
*
U-Wert Fassade = 0.95W/m2K
'Sonnen"'und'Blendschutz*
Sonnen- und Blendschutz
Tiefe*2.30m,*Abstand*2.00m*
Tiefe 2.30m, Abstand 2.00m
*
Verschattung
'Verscha8ung*
Überhang
60°
Überhang*60°*
Energieeffizientes Bauen
Seitenblende
60°
Seitenblende*60°**
Energieeffizientes Bauen
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Bilanz Fassaden Süd
Transmissionsverlust (rot)
- Zunehmend von Massiv bis Doppelhaut
- Bei Glasfassaden ist er gleich hoch
Gewinn Solar (grün)
- Die Glasfassade hat den grössten Gewinn: Überhitzung!
- Brise-soleil hat reduzierten Gewinn (starke Verschattung)
Verlust Netto (gelb)
- Bei Doppelhaut und Lochblende ausgeglichene Bilanz.
Die*Glasfassade*hat*den*grössten*Gewinn*KK>*Überhitzung.* Quelle: Forum Energie Zürich
Gewinne*>*Nord,*bei*Doppelhaut*und*Lochlende*ausgeglichene*Bilanz.*
BriseKsoleil*hat*reduzierten*Gewinn,*da*Verscha1ung*stark.*
Energieeffizientes Bauen
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4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich
So sparen Sie Energie
Zusammenfassung Energieverhalten
Bilanz Gebäude
- Doppelhaut hat den grössten Heizwärmebedarf (gelb)
bei grösstem Verlust.
- 3-fach Glasfassaden haben unterschiedliche Gewinne
bei gleichem Verlust.
Besten Dank für Ihr Interesse
- Ausnutzungsgrad der Gewinne ist abhängig vom
Gewinn-Verlustverhältnis.
Doppelhaut*hat*grössten*Heizwärmebedarf*bei*grösstem*Verlust*
Quelle: Forum Energie Zürich
3Kfach*Glasfassaden*haben*unterschiedliche*Gewinne*bei*gleichem*Verlust*
Ausnutzungsgrad*der*Gewinne*abhängig*vom*GewinnKVerlustverhältnis* Energieeffizientes Bauen
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Zusammenfassung Energieverhalten
Stand 1.3.2016
- Transmissionsverluste sind grösser je höher der
Glasanteil
Die gestalterischen befriedigende Optimierung von
Tageslichtnutzung, Energiegewinnung und
sommerlichem Wärmeschutz bei mehrschichtigen
Fassaden ist die Herausforderung der Zukunft.
21
Effienergie AG
Neugasse 10, 8005 Zürich
T 058 680 40 91
[email protected]
www.effienergie.ch
- Solare Gewinne sind stark reduziert bei Blenden und
vorgesetzten Gläsern
- Passive Solarenergienutzung ist am besten mit
beweglichem, äusseren Sonnenschutz (stark
benutzerabhängig)
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