Energieeffiziente Fassaden für Bürogebäude

Bachelor-Thesis / Diplomarbeit WS 2008/2009
Prof. C. Schlüter / Prof. R. Pohlenz / Dr. J. Morhenne
Energieeffiziente Fassaden für Bürogebäude
Hintergrund
„Energieeffizienz und Energieeinsparung: Das sind unsere wichtigsten Aufgaben, wenn wir
dem globalen Klimawandel entgegentreten wollen. Der Gebäudebereich macht fast 40%
des Energieverbrauchs aller Sektoren aus, und wir wissen, dass hier noch erhebliches
Einsparpotential besteht. Deshalb haben wir hier einen besonderen Handlungsbedarf.“
Wolfgang Tiefensee, Bundesminister für verkehr, Bau und Stadtentwicklung,
im Grußwort der Veröffentlichung des ift Rosenheim zur Messe „Fensterbau / Frontale 2008 in Nürnberg.
Die hohe Relevanz des Gebäudebereiches am Energieverbrauch hängt insbesondere
mit dem sehr schlechten Energiestandard des Altbestandes zusammen. Insofern ist
die Anpassung des Gebäudebestandes an die aktuell möglichen Energiestandards von
großer Bedeutung. Dies um so mehr als das ca. 75% der Gebäude die wir im Jahr
2020 benötigen werden bereits heute vorhanden sind.
Aufgrund der gesetzlichen und technischen Entwicklungen kann der Energieverbrauch
für die Gebäudenutzung gegenüber den Gebäuden der 60er und 70er Jahre um
mehr als den Faktor 10 abgesenkt werden.
Der Ausbildung der Fassaden kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu. Die Fassade
als Schnittstelle zwischen Innen und Aussen definiert durch Ihre Ausbildung
maßgeblich die Energieeffizienz eines Gebäudes. Dies gilt für den Bereich der
Heizenergie für den die Fassade ( neben dem Dach ) die Hauptverantwortung im
Hinblick auf die Transmissionswärmeverluste trägt. Durch die Integration in die
gesamte technische Gebäudeausrüstung gilt dies aber auch für den Bereich der
Lüftungswärmeverluste. Die bei Bürogebäuden immer wichtiger werdenden Bereiche
der sommerlichen Kühlung und der Tageslichtautonomie werden hinsichtlich Ihrer
Energieeffizienz ebenso durch die Ausbildung der Fassaden entscheidend beeinflusst.
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Aufgabe
Luftbild Ruhr-Universität Bochum,
Gebäudereihe I
Im Rahmen des Hoschschul-Standort-Entwicklungs-Programms, kurz HSEP werden
zur Zeit für die Hochschulstandorte des Landes jeweils spezielle Instandsetzungs- und
Modernisierungskonzepte erarbeitet.
In diesem Zusammenhang wird auch für die Ruhr Universität Bochum RUB die
komplette Sanierung der Bausubstanz vorbereitet.
Im Rahmen eines Drittmittelprojektes werden zur zeit durch den Lehrstuhl
Baukonstruktion, Bauen im Bestand die Gebäude der sogenannten I-Reihe hinsichtlich
alternativer Aufteilungen und Zonierungen überprüft.
Übergreifend sollen somit räumliche Potentiale im Hinblick auf sich ändernde
Anforderungen an die Organisation des Lehr- und Forschungsbetriebes im
allgemeinen und für ein typisiertes Seminargebäude aus den 60er und 70er Jahren
aufgezeigt werden. Dieses bildet den inhaltlichen Rahmen der Arbeit.
Im Rahmen der Bachelor-Thesis bzw. der Diplomarbeit für die Gebäude der I-Reihe
der RUB eine Fassade unter Berücksichtigung möglichst großer Energieeffizienz und
Optimierung der Arbeitsplatzqualität zu entwickeln.
Es sind dabei insbesondere die Bereiche des Heizwärmebedarfs, der Bedarfs an
Kühlung, der damit einhergehenden Fragen des sommerlichen Wärmeschutzes und
der damit auch zu beeinflussenden Tageslichtqualität im Sinne einer möglichst großen
Tageslichtautonomie zu beachten.
Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung und konstruktiven Durcharbeitung bis ins
Detail der Fassadenstruktur wobei jedoch auch die notwendige Abstimmung eines
allgemeinen Energiekonzeptes für die Bereiche Heizen / Kühlen / Lüften zu leisten ist.
Die Zielsetzung soll dabei von einer möglichst großen Reduzierung aktiver
Maßnahmen zu Gunsten passiver Lösungen geprägt sein. Eine Kompensation
größerer Energieverbräuche durch regenerative Energiegewinnung – wie z.B.
Geothermie - ist hierbei nicht zielführend. Zunächst gilt es den Energiebedarf durch
die Ausbildung der Fassade und Integration passiver Maßnahmen wie z.B.
Nachtauskühlung soweit als möglich zu reduzieren um dann nur den reduzierten
Restbedarf durch möglichst regenerative Energieträger decken zu müssen.
Selbstverständlich ist eine Integration von regenerativer Energiegewinnung – soweit
sinnvoll – in die Fassadenstruktur durchaus vorstellbar.
Die Sinnfälligkeit der getroffenen Entscheidungen ist durch entsprechende
Berechnungstools zu belegen, bzw. sind diese Tools in den Entwurfsprozeß und die
Entscheidungsfindung mit einzubinden.
Neben allem Anspruch an die technischen, vor allem energietechnischen und
konstruktiven Fragestellungen soll die Fassade selbstverständlich auch höchsten
gestalterischen Anforderungen gerecht werden. Auch dies ist im Rahmen der Arbeit
durch entsprechende zeichnerische Darstellungen aufzuzeigen.
Ansicht Gebäude IC
Ansicht Gebäude IC
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Leistungen
Analyse
− Aufzeigen der inhaltlichen und rechtlichen Zusammenhänge energetischen Bauens
für Bürogebäude hinsichtlich
ƒ Heizwärmebedarf,
ƒ sommerlicher Wärmeschutz,
ƒ Lüftung und
ƒ Tageslichtnutzung
Fassadenentwicklung
− Entwicklung eines allgemeinen Energiekonzeptes im Hinblick auf die durch die
Fassade zu beeinflussenden Aspekte.
− Entwicklung einer Fassadentypologie unter Berücksichtigung der
Nutzungsanforderungen, der Energieeffizienz und gestalterischer Aspekte.
ƒ Definition Fassadenraster
ƒ Festlegung Glasanteil
ƒ Festlegung Blendschutz, Sonnenschutz unter Berücksichtigung der
Nutzeranforderung, bzw. Nutzungsqualität und möglicher Fehlbedienung
ƒ Definition Lüftung / Nachtauskühlung
− Aufzeigen der gestalterischen Qualitäten der Fassaden durch entsprechende
realitätsnaher Animationen des Erscheinungsbildes
− Festlegung der exakten technischen Parameter der Fassaden hinsichtlich Material,
Glasqualitäten, Gesamtenergiedurchlaßgrad, Integration von Lüftungselementen
etc.
− Konstruktive Durcharbeitung der Fassadenstruktur incl. aller relevanter
Detailanschlüsse ( auch zu angrenzenden Bauteilen wie Dächern, Vorsprüngen,
Bodenbereichen ) im Sinnen einer ausführungsreifen Lösung bis zum Maßstab
1:1.
− Berechnung des Energiebedarfs anhand des gewählten FassadenEnergiekonzeptes gemäß DIN V 18599 incl. Erläuterung der Auswirkungen der
jeweils getroffenen Entscheidungen zur Fassadenausbildung
− Aufzeigen der Konsequenzen des gewählten Glasanteils /
Verschattungseinrichtungen hinsichtlich thermischer Behaglichkeit im Sommer
hinsichtlich zu erwartender Temperaturen / Überhitzungsstunden durch
vereinfachte Berechnungen mittels Gebäudesimulationsprogramme.
−
Präsentation
− Die gesamte Arbeit ist auf großformatigen Plänen zu dokumentieren.
− Darstellung des Ergebnisse der Analyse und durchgeführten Berechnungen
− Fassadenübersichten im Maßstab 1:100
− Fassadenausschnitt in Maßstab 1:50
− Fassadenschnitt und Ansicht im Maßstab 1:10 / 1:20 mit Darstellung der
Fassadenkonstruktion sowie des Erscheinungsbildes.
− Fassadengrundriss mit Darstellung einer typischen Büro-Nutzung im Maßstab 1:10
/ 1:20
− Alle relevanten Fassadendetails im Maßstab 1:5 bis 1:1
− Darstellung des grundsätzlichen Energiekonzeptes
− Erläuterung der Fassadenbauteile auf die energierelevanten Themen für die
unterschiedlichen Anforderungen wie Tag / Nacht bzw. Sommer / Winter
anhand von Schemazeichnungen.
− Modellbau der Fassade als Übersichtsmodel im Maßstab 1:100 sowie als
Ausschnitts- Detailmodel im Maßstab 1: 10. Detailmodel incl. DachBodenanschluß über mind. 6 Gebäudeachsen.
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Betreuung
Die Arbeit wird gemeinsam durch Prof. Pohlenz, Dr. Morhenne und Prof. Schlüter
betreut.
Zu Beginn findet ein gemeinsames einführendes Seminar zum Thema
energieeffizientes Bauen unter besondere Berücksichtigung der Fragestellung von
Fassaden zu Bürogebäuden statt.
Eine Literaturliste bzw. Link-Sammlung bezüglich der Aufgabenstellung wird zur
Verfügung gestellt.
Zu den geforderten Berechnungen gemäß DIN V 18599 sowie zu der geforderten
vereinfachten Gebäudesimulation finden jeweils gesonderte Erläuterungsseminare
durch die Betreuer statt. Die notwendigen Programme werden für die Bearbeitung
zur Verfügung gestellt.
Zum Bereich des allgemeinen Energiekonzeptes findet eine gesonderte Betreuung /
Abstimmung im Rahmen eines Zwischentermines statt.
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