Ing. Klaus Sedlbauer: Innovatives Bauen
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Innovatives Bauen – eine ganzheitliche Betrachtung Prof. Klaus Sedlbauer Auf Wissen bauen © Fraunhofer IBP Was sind die zentralen Herausforderungen unserer Zeit? Steigender Bedarf für vernetztes Denken und Handeln Szenario der weltweiten Urbanisierung Anstieg der Weltbevölkerung Demographischer Wandel Neue Wertschöpfungsstrukturen Endliche Ressourcen Steigende Mobilität Bedarf nach Ressourcen-/ Energieeffizienz © Fraunhofer IBP Chancen durch Technologien »Das System Stadt muss neu gedacht und gelebt werden« (Zitat Aktionsplan Hightech-Strategie 2020) Energiewende durch regenerative Erzeugung Wandel zu urbaner Elektromobilität Mobiles Internet und Cyber-physical Systems Transformation in eine elektrische Welt … Herausforderungen der Baubranche 10 bis 12 % vom Bruttoinlandsprodukt 40 bis 50 % des Gesamtverbrauchs an Primärressourcen durch Bau und Betrieb von Bauwerken ca. 50 % des Abfallaufkommens Gebäudelebensdauer von ca. 50 Jahren und mehr Altbauten benötigen 4 mal so viel Energie wie Neubauten Gesamtkosten für Emissionsminderung um 20 % bis 2020: eine Billion € (1.000.000.000.000 €) © Fraunhofer IBP Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWh (2011) Quelle: BMWi Energiedaten (2013), Prof. G. Hauser (2008) © Fraunhofer IBP Elemente zur Energieeffizienzsteigerung Minderung der Transmissionswärmeverluste Minderung der Lüftungswärmeverluste Erhöhung der Wärmegewinne Nutzungsgradsteigerung des Wärmeerzeugers Erhöhung des Tageslichtangebots und des Leuchtenwirkungsgrads Maßnahmen zur Vermeidung von Kältetechnik © Fraunhofer IBP Effiziente Gebäude Energieeinsparung durch: passive Maßnahmen Wärmebrücken vermeiden Luftdichtheiten Neue Dämmstoffe sommerlicher Wärmeschutz © Fraunhofer IBP intelligente Technik Wärmerückgewinnung Gebäudeautomation Techniken zur solaren Klimatisierung Strategische Überlegungen Gebäudeplanung klimagerecht Technologie Energieoptimierte Gebäudehülle Gebäudebetrieb bedarfsgerecht Schutzklima hygienisch, materialverträglich dicht, gedämmt, verschattet energieeffiziente Anlagentechnik Stand-by Klima z.B. Nachtabsenkung erneuerbare Energien nutzen Komfortklima Prozessqualität © Fraunhofer IBP Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie © Fraunhofer IBP Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie © Fraunhofer IBP Versorgungsstrukturen Zur Steigerung der Energieeffizienz © Fraunhofer IBP Zukünftige Gebäude Energieträger Strom Auslegung nach Angebot, nicht Verbrauch instationärer Gebäudebetrieb © Fraunhofer IBP Instationäre hygrothermische Vorgänge an der Wand © Fraunhofer IBP WUFI®-Plus © Fraunhofer IBP Steigender Energieverbrauch – Auswirkung in Zukunft generell: nur Grundtemperierung 18 °C Bad Windfang Wohnen Küche © Fraunhofer IBP Steigender Energieverbrauch – Auswirkung in Zukunft bei Nutzung: schnelles Aufheizen auf komfortables Niveau Inter- und Intradämmung wird wichtig!!! 24 °C Bad Windfang Wohnen 18 °C Küche Ziel: Zukünftige (multifunktionale) Produkte frühzeitig andenken! © Fraunhofer IBP Historie: Instationäres (Intermittierendes) Heizen Temperaturverhältnisse im Raum [Schmeller 1834] früher: Kompensation niedriger Raumlufttemperatur durch Kleidung © Fraunhofer IBP Ökobilanz Bedeutung der Ökobilanz © Fraunhofer IBP Der Lebenszyklus als Grundlage Vorprodukte-Herstellung Herstellung Rohstoff-Abbau Entsorgung © Fraunhofer IBP Recycling Nutzungsphase Zukunftsthema für den Baubereich Recyclingfähigkeit Wolfgang Staudt © Fraunhofer IBP Elektrodynamische Fragmentierung Die Methode ermöglicht die sortenreine Auftrennung verschiedenster Verbundwerkstoffe Das Verfahren beruht auf dem Prinzip, dass ultrakurze (< 500 nsec) Unterwasserimpulse Festkörper selektiv fragmentieren, indem die Blitzentladung bevorzugt durch den Festkörper entlang von Phasengrenzen verlaufen. Vorteile: Effiziente Fragmentierung von: Altbeton, Schlacke, CFK-Materialien, Elektroschrott, Holzverbunde, … © Fraunhofer IBP Beton-Recycling Elektrodynamische Fragmentierung CFK Probe nach einer elektrodynamischen Behandlung © Fraunhofer IBP Typha – Magnesitgebundene Platten Vorteile der magnesitgebundenen Platte: hohe Druckfestigkeit bei niedriger Wärmeleitfähigkeit ( ≈ 0.052 W/mK) gute akustische und brandschutztechnische Eigenschaften mittlerer Diffusionswiderstand kapillaraktiv gute Bearbeitbarkeit mit üblichen Werkzeugen im Denkmalschutz akzeptiert 100 % kompostierbar © Fraunhofer IBP Nachhaltigkeit im System Kriteriengruppen für Gebäudequalitäten: Ökologische Qualität Ökonomische Qualität Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5 % 22,5 % 22,5 % Technische Qualität 22,5 % Prozessqualität 10 % Standortqualität Ökologie © Fraunhofer IBP Ökonomie Soziale Aspekte Planungskriterium Leistungsfähigkeit Verteilung der Lebenszykluskosten eines Gebäudes unter Einbezug der darin beschäftigten Menschen Personal Steuern Energie © Fraunhofer IBP ursprüngliche Baukosten Instandhaltung Quelle: Tom (2008) Raumklima Bislang waren singuläre Abhängigkeiten zu beherrschen © Fraunhofer IBP Raumklima Bislang waren singuläre Abhängigkeiten zu beherrschen © Fraunhofer IBP Raumklima Vielseitige Interaktionen sind zu begreifen © Fraunhofer IBP Innenraum hat erheblichen Einfluss auf den Nutzer Neue Materialien und Technologien Mensch-Umgebungsinteraktionsmodell physiolog. Modellierung, Gebäudesimulation, … Menschliche Leistungsfähigkeit Temperatur, Licht, IAQ, ... Ideale Umgebungsbedingungen für Büros, Hotels, Krankenhäuser, Schulen Schnittstelle zur Fassade © Fraunhofer IBP Testraum Mensch und Bauphysik 90 % der Zeit verbringen wir in Innenräumen Ziel: Optimale Bedingungen für den Nutzer Einfluss des Raumklimas auf: Gesundheit persönliches Befinden Leistungsvermögen Paradigmenwechsel: Immobilien genügen dem Nutzer Integrale Betrachtung notwendig © Fraunhofer IBP Promotionskolleg »Menschen in Räumen« zusammen mit Prof. Dr. L. Werth Wärme Prozesse wie Feuchte Kognition Geruch Motivation Akustik Selbstregulation Licht Moderatoren wie Alter Räume Technik © Fraunhofer IBP Interkulturelles Zufriedenheit, Wohlbefinden Leistung Konsum Verhandlung Personenwahrnehmung Interaktion psych. Gesundheit Planungstools Produkte Beratung (z-transformierte Werte, je höher, desto besser) Leistung Licht 0.8 Logisches Denken 0.4 Kreativität 0.0 -0.4 -0.8 1500 (lux) 500 (lux) 150 (lux) Hell Kontrollgruppe Dunkel Interaktion: F(2, 138) = 9.45, p < .01 , ηp2 = .20 Logisches Denken: F(2, 137) = 3.21, p < .05, ηp2 = .05, Kreativität: F(2, 137) = 7.21, p < .01, ηp2 = .09 Quelle: Werth, et. al.: Psychologische Befunde zu Licht und seiner Wirkung auf den Menschen - ein Überblick. Bauphysik 3-2013. © Fraunhofer IBP Intelligente Lichtsteuerung – Realisierbar! © Fraunhofer IBP Intelligente Lichtsteuerung – Demonstration Position © Fraunhofer IBP Intelligente Lichtsteuerung – Demonstration Blickrichtung © Fraunhofer IBP Intelligente Lichtsteuerung – Demonstration Szenenauswahl © Fraunhofer IBP Intelligente Lichtsteuerung– Demonstration (Sprach- und) Gestensteuerung © Fraunhofer IBP Dilemma bei schlechter Raumakustik Ursache / Wirkung - Spirale, + 10 dB (A) Hoher Grund-Pegel Schlechteres Hören Fremd-Geräusche Lauteres Reden Schüler, Lehrer Lauteres Reden © Fraunhofer IBP Raum-Einfluss Höhere Hörschwelle Raumausstattungskonzepte für Call Center neu BKA herkömmlich BKA Etwa gleicher Preis pro Arbeitsplatz 6-8 m2 pro AP © Fraunhofer IBP Flächenbenchmarking 10-12 m2 pro AP Integrale Produkte Beispiel Schall- und Geruchsabsorber © Fraunhofer IBP Wandlungstreiber für die Städte der Zukunft Transformation: Technologischer Wandel in multiplen Sektoren Energie Bauen Mobilität Zentralisiert CO²-emittierend Standardisierte Energieverbraucher Individualmobilität Dezentralisiert CO²-neutral Individualisierte Plusenergiehäuser Nachhaltige vernetzte Mobilität © Fraunhofer IBP Arbeiten Kommunikation Dienstleistung Industrialisierung Linear/ strukturiert Produkt Kunde Hochmobile Wissensgesellschaft Ubiquitär/ Echtzeit System Stadt Bauphysik-Spannungsfeld nur lösbar, wenn interdisziplinäre Forschung stattfindet (+ Architektur, Informatiker, Psychologie, Chemie, …) gesamtheitlicher Ansatz verfolgt wird (Werkstoff Raum Gebäude Siedlung) transdisziplinärer Durchgang möglich ist (Grundlagen, Anwendung, Produkte, Demonstration) © Fraunhofer IBP
