Vortrag Streicher
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Nur dumme Häuser brauchen künstliche Intelligenz Wolfgang Streicher, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen Universität Innsbruck Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 1 Was macht ein Haus „intelligent“? Ansatz 1: • „Wurscht“ wie das Haus gebaut ist, die Gebäudetechnik „macht‘s wieder gut“ • Durch hohe vernetze Regelungstechnik wird der Benutzer entlastet („entmündigt“) • Dem Nutzer wird suggeriert: Nur dadurch kann eine hohe Behaglichkeit und Energieeffizienz erreicht werden Vorteil Ansatz 1: • Architektur ist frei, integrale Planung nicht notwendig • Nutzer muss (hoffentlich) nicht mitdenken • Hohe Gewinne für HLK und Regelungstechnikfirmen Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 2 Was macht ein Haus „intelligent“? Ansatz 2: • Das Haus nimmt in bereits in der Planung auf hohen Komfort und minimalen Energiebedarf in Sommer und Winter Rücksicht durch • Lage, Ausrichtung, Fensterflächen, Dämmung, Speichermassen, bauliche Verschattung …. • Der Nutzer wird aktiv in die Bedienung des Hauses eingebunden (´Bedienung von Fenster Verschattung, … • Dadurch kann die Gebäudetechnik und damit Kosten minimiert werden („Low Tec“) ?? Intelligentes Haus oder „intelligente vernetzte “ Haustechnik ?? Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 3 Warum Low Tech ? Nachteile von „intelligenter vernetzter “ Gebäudetechnik • Hohe Investitionskosten und Wartungskosten . • Die Inbetriebnahme und Abstimmung der Systeme ist sehr aufwändig. • Die Zeit steht für eine optimale Einregulierung steht meist nicht zur • • • • Verfügung Die Lebensdauer von Sensorik, Aktorik (bewegte Teile) und Elektronik ist wesentlich kürzer als die Lebensdauer eines Gebäudes. Ersatzteile und Wartung stehen nicht 50 Jahre zur Verfügung Damit muss das System ca. alle 10 -20 Jahre erneuert werden: Sind die Kosten dem Benutzer bekannt ? Der Benutzer „versteht“ sein Haus nicht mehr Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 4 Generelle Fragen • Kann dem Benutzer auch manuelles Handling im Einfamilienhaus „zugemutet“ werden ? (Lüftung, Licht, Temperatur) oder Muss die Haustechnik alle Entscheidungen übernehmen (unmündiger Benutzer) Ist die Frage unterschiedlich für Wohn und Bürogebäude zu beantworten, • Wolfgang STREICHER Werden erhöhte Planungsleistungen, die zu weniger Investition führen vom Bauherrn honoriert. Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 5 Was verstehen wir unter Haustechnik Heizung und Warmwasser => unbestritten (wie komplex?) Lüftung => im Prinzip unbestritten: händisch, mechanisch (Zwangslüftung/Komfortlüftung)? Kühlung => Notwendigkeit (heute Zukunft) ? Stromversorgung => unbestritten Wasserversorgung => unbestritten (Regenwassernutzung?) Abwasserentsorgung => unbestritten Sanitäreinrichtung => unbestritten Beleuchtung => unbestritten, Lichtsteuerung ? Kommunikation => Telefon, WLAN unbestritten Kücheneinrichtung => unbestritten Liftanlage => unbestritten (ab xx Stockwerke) Außenverschattung => zumeist unbestritten, automatisiert ? Brandschutz => im Bürogebäude unbestritten Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 6 Low Tec Gebäude Definition in der HdZ+ Ausschreibung 2010 Unter „Low-tech-Gebäuden“ werden in dieser Ausschreibung solche Gebäude verstanden, die mit einem Minimum an technischen Einbauten einen hohen NutzerInnenkomfort und eine ausgezeichnete energetische Performance erzielen. Natürliche physikalische Effekte, traditionelles Wissen, historische Bautechnologien und Materialien sowie lokal vorhandene Ressourcen und Rohstoffe bilden dabei die Basis für eine Weiterentwicklung und Anpassung an moderne Erfordernisse. Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 7 Intelligente Gebäude sollen folgendes gewährleisten Erfüllung der Behaglichkeitsanforderungen Niedriger Heizenergiebedarf durch passive Massnahmen • sehr gute Dämmung (mind. Passivhausqualität) • sehr gute Fenster (mind. Passivhausqualität) Optimale solar-passive Massnahmen (Sommer/Winter) durch • Ausrichtung, Fensterflächen • gute bauliche Verschattung im Sommer („was sich nicht bewegt, geht schwer kaputt“) • aktivierbare Speichermassen • Nachtauskühlung durch natürliche Lüftung (Schlagregenschutz, Einbruchschutz) Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 8 Low Tec Haustechnik sollte Folgendes gewährleisten: Einfachste Haustechnik, Minimale Regelung • Minimale Sensorik/Aktorik • Lieber weniger Freiheitsgrade und theoretisch etwas geringerer Wirkungsgrad = praktisch bessere Funktionalität (Niemand kann komplizierte Regler einstellen) Haustechnik steht in Bezug zum Gebäude und hat Mehrfachfunktionen (Beispiele) • z.B. Selbstregeleffekt von Fußbodenheizungen (= Speichermasse + Trittschalldämmung) • Refrenzraumregelung satt außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung mit Einzelraumregelung durch Raumthermostate • Lüftung = Heizung • Betonkernaktivierte Decke = Heiz- und Kühlfläche • Verschattung erlaubt Nachtlüftung Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 9 Integrierte Planung Definition der Randbedingungen (Größe, Vorgaben der Ausrichtung, Belegung, einzuhaltende klimatische Bedingungen, Kosten für Errichtung und Betrieb, etc.) Energetische Optimierung des Gebäudes an sich (Bauliche Maßnahmen abgestimmt zwischen allen betroffenen Gewerken) Einfache und energieeffiziente Lüftungs-, Wärme- und Kälteabgabesysteme (Haustechnik für Wärme-/Kälteabgabesysteme und -Verteilung, integriert in andere Bauteile wenn erforderlich und zweckmäßig) Effiziente und ökologische Wärme- und Kälteerzeugung und -Verteilung Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 10 Beispiel: Lage des Gebäudes, Solarstrahlung TIRIS Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 11 Breitengrad: 47 ° (Nord (+), Süd (-)) 21. Jun 80 21. Mai/Jul 12h 70 Sonnenhöhe in ° Beispiel: Ausrichtung des Gebäudes 90 21. Apr/Aug 21.Jun 14h 10h 60 21. Mar/Sep 50 21.Mar/Sept 8h 40 21. Feb/Okt 16h Horizont 30 21. Jan/Nov 21. Dez 6h 20 18h Horizont 21.Dez 10 0 monatliche Einstrahlung [kWh/m²,Monat] -180 Nord -135 -90 Ost -45 0 45 Süd Azimuth in ° 90 West 135 180 Nord 250 2-achsig mitgeführt 200 Horizontal 150 Süd 45° Ost West 100 Süd 50 Nord 0 JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ Wolfgang STREICHER • Südfläche hat viel höhere Einstrahlung im Winter aber geringere sommerliche Einstrahlung als Ost/West • Auch Nordfläche hat passive Gewinne im Sommer • Süd 45° und horizontal hat sehr große sommerliche Gewinne (Achtung Überwärmung) bei Atrien, Wintergarten .. Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 12 Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 13 Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 14 Beispiel: Gestaltung zur Vermeidung für Überwärmung durch Solarstrahlung Gut gedämmtes Dach Süden Sommer Winter Winter Gut gedämmtes Dach Sommer Optionaler Wintergarten Wohnraum mit Isolierverglasung nach Süden Wohnraum mit Isolierverglasung nach Süden Optionale verglaste Loggia Speichermassen Speichermassen Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 15 Beispiel: Gestaltung und sommerliche Überwärmung durch Solarstrahlung So: Keine Kühlung notwendig Oder So ??? Ohne aktive Kühlung geht es nicht Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 16 Passivhaus im Wohnbau ? Beispiel Siedlung O3 Innsbruck Sozialer Wohnbau, Neue Heimat Tirol 1. Projekt Lodenareal Nachfolgeprojekt für die JugendOlympischen Spielen (O3) Nur 6% höhere Investitionskosten im Vgl. zu Bauordnungsstandard => könnte zum Standard werden Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 17 Mehrfachfunktion von Verschattungselementen ? ? ? „Normale“ Aufgaben • Regelbare Verschattung (Reduktion des Lichteinfalls, Überwärmung) • Lamellenverstellung (Blendung, direktes Licht ausblenden, Lichtlenkung) Weitere Funktionen für Nachtlüftung • Ausreichende Öffnungsfläche für Luftaustausch • Einbruchschutz • Schlagregenschutz (Sichere Ableitung des Regens nach außen) • Sturmsicherheit bei geschlossener Verschattung (kein Windsensor und Stellmotor inkl. Regelung nötig) Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 18 Verschattungsstrategien, Bürogebäude Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 19 (Nacht)lüftungsstrategien Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 20 Lösung: Verschattungsstrategien h/a Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 21 °C 37 37 °C HolzStänderbau 36 36 35 35 34 34 33 33 32 32 31 31 30 30 29 Beispiel Speichermasse Konstruktionsvergleiche SpeichermasseÜberhitzungsverhalten 29 t_Aussenluft 28 28 27 27 26 Stahlbetonbau Stunde der Simulation 22572 22584 22596 22608 26 H o lzstä n d e rba u m it H o lzb a lke n d e cke n u n d le ich ten Inn e n w ä n den H o lzstä n d e rba u m it H o lzb a lke n d e cke n u n d m it Z ie ge l a u sge fa ch ten In n e n w ä n de n Z ie ge lb a u (H L Z 3 8 cm ) m it S ta h lbe ton d e cke n u n d Z ie ge lin n e n w ä n d e n Z ie ge lb a u (H L Z 3 8 cm in cl. 1 0 cm D äm m un g) m it S ta h lb e to n de cke n u n d Z ie ge lin n e n w ä n den V o lho lz (3 6 ,8 cm ), 5 0 0 kg /m ³, Z w isch e n d e cke m it L eh m zie ge la uflage V o llh o lz (1 7 ,6 cm m it 1 0 cm F la ch sd äm m u n g), 5 0 0 kg/m ³ Z ie ge lb a u (H L Z 3 8 cm ) m it H o lzb a lke n de cken u nd Z ie ge lin n en w ä n d en V o llh o lz (1 7 ,6 cm m it 1 0 cm D äm m u n g), 5 00kg/m ³, Z w isch e n d e cke m i t Le hm zie ge la u fla ge S tah lb e to nb a u m it Z ie ge lin n e n w ä n d e n V o llh o lz (3 6 ,8 cm ), 8 00 kg/m ³ V o llh o lz (3 6 ,8 cm ), 8 00 kg/m ³, Z w isch e n d e cke m it L e h m zie ge la ufla ge V o llh o lz (3 6 ,8 cm ), 8 00 kg/m ³, Z w isch e n d e cke m it L e h m zie ge la ufla ge , 4 cm L eh m inn en p utz Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 22 Beispiel: sommerliche Überwärmung Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 23 Schlechtes Beispiel: doppelschalige Fassaden Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 24 Kosten von doppelschaligen Fassaden gegenüber einschaligen Fassaden glazed facade double skin facade 2000 2000 1750 1750 1750 1500 1250 1000 750 500 250 investment costs [ €/m² facade area ] 2000 investment costs [ €/m² facade area ] investment costs [ €/m² facade area ] opaque facade with windows 1500 1250 1000 750 500 1500 1250 1000 250 0 0 Blum source 500 250 0 IBP 750 Kornadt Schuler source Blum Kornadt Daniels Wolke Schuler source Die blauen und weißen Felder zeigen einen Kostenbereich Blum (1998), Daniels (1997), Kornadt (1999), Schuler (2003) und eigene Daten . Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 25 Calculated yearly energy use for heating and cooling for a south facing cell Glas Doppelfassaden: Energiebedarf Bsp. Bürozelle office in Paris 240 220 Cooling energy Heating energy 200 kWh/m²,year 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 SSF G1B 1.3x1.0 m² SSF G1A SSF to DSF SSF G1C SSF to DSF DSF G3F 3.5x2.4 m² G2A 3.5x2.4 3.5x2.4 m² G2C 3.5x2.4 3,5x2,4 m² m² m² • EIE Projekt BESTFACADE www.bestfacade.com, Klima Paris • • Fensterfläche in Grafik: • • G2C: U-Wert mittlere Scheibe: 1,1 W/m²K, g: Wert gesamt 0,34 SSF: Einschalige Fassade, U-Wert Verglasung: G1A: 1.83, G1B 1,18 W/m²K, g: 0,5 Aussenwand U-Wert: 0,32 W/m²K G3F: U-Wert mittlere Scheibe: 1,1 W/m²K, g: Wert gesamt 0,25 Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 26 Beispiel: Natürliche Lüftung Sommer / Mechanische Lüftung Winter Weniger Rohrleitungen Wolfgang STREICHER Mehr Rohrleitungen Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 27 Projekt Doppelnutzen: Standardluftführung Zulufträume Ablufträume Wohnen Bad/WC 25 m² 40 m³/h 10 m² 35 m³/h Schlafen 16 m² 25 m³/h Kind Flur 8 m² Küche 12 m² 50 m³/h 15 m² 20 m³/h Gesamtluftwechsel ca. 0,4 h-1, ca. 85 m² Wohnfläche -> Kann Luftführung bei gleichbleibender Luftqualität vereinfacht werden? Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 28 Projekt Dopplenutzen: Kaskadenlüftung – Idee Zulufträume Überström bereiche Ablufträume Bad/WC 10 m² 25 m³/h Schlafen 16 m² 30 m³/h Kind 15 m² 25 m³/h Wohnen Essen 25 m² Küche Flur 8 m² 12 m² 30 m³/h Gesamtluftwechsel ca. 0,26 h-1, ca. 85 m² Wohnfläche -> Ja, Wohn- und Essbereich als Überströmbereich auslegen. (wird in der Schweiz von Arch. Fraefel anscheinend erfolgreich umgesetzt) Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 29 EnerPHit-Sanierung: ca. 75 % Primärenergieeinsparung Universität Innsbruck keine aktive Kühlung, Mehrkosten ca. 5 %. Quelle: PHI Innsbruck Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 30 Beispiel: gekipptes Fenster über Thermostatventil Kaltluft auf Radiator Radiator macht auf, Raum hält die Temperatur Wärmeverluste steigen stark an Lösungsmöglichkeit High Tech: Fenstergeber, Bus System, geregeltes Radiatorventil (Stellmotor) Lösungsmöglichkeit Low Tech: • • Zonenregelung der Vorlauftemperatur (ein Mischventil, zwei Fühler für das ganze Haus) Heizung über Speichermassen und Selbstregeleffekt: Raum kühlt aus, da kurzfristig keine Leistungserhöhung => Fenster zu Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 31 Beispiel: Wärmeverteilung Außentemperaturgeführt Leistungsgeregelte Wärmequelle Außentemperaturfühler Brauchwasserspeicher HeizungsRegelung Heizkreise Vorlauf Rücklauf Thermostatventile leistungsgeregelter Kessel Außentemperaturfühler HeizungsRegelung Brauchwasserspeicher Heizkreise Vorlauf nicht leistungsMinimalthermostat geregelter und Mischer für Kessel Kessel Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Rücklauf Beimischventile Folie: 32 Beispiel Wärmeverteilung Raumtemperaturgeführt, Selbstregeleffekt (für Flächenheizung, Wärmepumpe und Brennwertgeräte geeignet) Raumtemperaturfühler HeizungsRegelung Vorlauf Verdampfer Wärmepumpe Wolfgang STREICHER Heizkreise, Estrich als Speichermasse Rücklauf Strangregulierventile oder Thermostatventile Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 33 Mögliche Bewertungsschemata „Klassische“ Bewertung • Thermischer Gebäude und Anlagensimulation • CO2 Emissionen • Kosten „Low Tec“ Kriterien • Komplexität (Anzahl Sensoren, Aktuatoren (Motoren), Regelparameter) • Platzbedarf Haustechnik • Nutzerfreundlichkeit • ….. Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 34 Fazit Low Tech Ansatz : So wenig Haustechnik wie möglich! • Low Tech benötigt ein Gesamtverständnis des Systems Mensch – Gebäude – HLK (integrale Planung) • Low Tech ist als fertige Haustechnik „Schubladenlösungen“ nicht (mehr) verfügbar • Mit dem Low Tech können die Investitionskosten und die Komplexität der Haustechnik stark gesenkt werden (bei Einhaltung aller Behaglichkeitsanforderungen) • Low Tech ist robuster und langlebiger als High-Tech Lösungen • Low Tech entspricht nicht dem heutigen Verständnis das alles mit Elektronik optimiert werden muss und das ein Mehr an Möglichkeiten auch gleichzeitig ein bessere praktische Optimierung darstellt Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 Folie: 35 Nur „dumme“ Gebäude brauchen künstliche Intelligenz Wolfgang STREICHER Wieviel Technik braucht mein Haus – Salzburg , 27.7.2016 ! Folie: 36
