Idee – Planung - Ausführung
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NACHHALTIGE GEBÄUDETECHNIK PROF. DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING JÖRG PROBST Idee – Planung - Ausführung ENERGIEKONZEPT Persönlicher Rahmen • Weltbild • Menschenbild • Selbstbild Fachlicher Rahmen Bedarfsbestimmung • • • • • Wärme kWh/m²a • Kälte • Strom • Luft ENEV EEG EEWG DIN 4108 Ökonomischer Rahmen • Separate Kosten • Mittelverfügbarkeit • Finanzierung 10 W/m² – 30 W/m² / 15 kWh/m²a – 40 20 W/m² – 100 W/m² 55 kWh/m²a 30 m²/Person Beheizungskonzept • Zentral Gebäudestandarts ENTSCHEIDUNGSPROZESS • ENEV Gebäude • Passivhaus • Plusenergiehaus • Festbrennstoffe / fossile • Umweltenergie :Luft, Boden • Dezentral • Regenerativ Kühlkonzept • Passiv • Aktiv Kriterien • Ziele • Haltung • Mittel • Schwere Gebäude • Freie Kühlung • Aktive Kühlung Entscheidungsverfolgung • Kostenkontrolle • Lebenszyklusanalyse Belüftungskonzept • Natürlich • • • Mechanisch • • Fenster Öffnung Raumweise Wohnungsweise Gebäudeweise Störfaktor: Lebensstil Lebenszykluskosten - Zusammenhänge Quelle: Jones Lang LaSalle, 2008 „Green Building – Nachhaltigkeit und Bestanderhalt in der Immobilienwirtschaft“ Gestaltungsräume in der ganzheitlichen technischen Gebäudeausrüstung Nutzungskonzept Bauphysik Standards & Qualitäten Umfeld Statik Raumkonzept Normen Wärme & Kälte Akustik Energieerzeugung & -verteilung Licht Speicherung Wasser und Abwasser Energiekonzept Lüftung Gestaltungsraum Gebäudekonzept / Nutzungskonzept Flächennutzungskonzept - NGF/BGF - HNF/NF - BRI/BGF Raumnutzungskonzept - Raumbuch (Haupt- & Nebenräume) - Ausstattung Energetische Rahmenbedingungen - Standards - A/V-Verhältnis Kosten - Büronutzung einfache Ausstattung 1.200-1.500 €/m² mittlere Ausstattung 1.500-2.000 €/m² hohe Ausstattung 2.000-4.000 €/m² Gestaltungsraum Idee Ziel: Reduktion der Erderwärmung auf 2 K Quelle: Bürogebäude mit Zukunft Ebene 1 Qualität Nutzungsqualität – Behaglichkeit – Funktionalität Gestaltqualität Nachhaltigkeit Wirtschaftlichkeit Kohärenz Ebene 2 Ressourcen & Energieeffizienz Primärenergiekennzahl – Bestand: 280 kWh/m² – Neubau: 100 kWh/m² Einsatz Regenerativer Energien – EEWärmeG 15% Gestaltungsraum Raumkonzept Licht - Beleuchtungsstärke 300–500 lx Tageslichtanteil Blendung Leuchtdichteverteilung Lichtfarbe Luft - Menge (30–40 m³/h·Pers.) Temperatur (20-26°C) Feuchte (40-60%) Geschwindigkeit (0,2-4,0 m/s) Gestaltungsraum Umfeld Wetter: - Mikroklima Mesoklima Makroklima Lage: - Exploration Verschattung Gestaltungssatzungen Anschlusszwang Energieträger Luft Wind, Wasser, Regen Erdreich (Geothermie) Wasser Abwasser Flora, Fauna Biomasse Stadt- und Regionalplanung: Endogene Potenziale: Sonne Ziel: Passivhaus Jahresprimärenergiebedarf Davon zur Stromerzeugung Qp ≤ 120 kWh/(m²·a) ≤ 55 kWh/(m²·a) Jahresheizwärmebedarf Qh ≤ 15 kWh/(m²·a) Maximale Heizlast PHz < 10 W/m² Wärmedurchgangskoeffizient Wand-, Dach, Fußboden U < 0,15 W/(m²·K) Dreifache Wärmeschutzverglasung, edelgasbefüllt mit wärme-gedämmten Rahmen Uw < 0,8 W/(m²·K) Luftdichtheit Bauwerk n50 ≤ 0,6 1/h (maximal 0,6-facher Luftwechsel aus unkontrollierter Lüftung bei 50 Pa Differenzdruck) Lüftungsanlage mit WRG η ≥ 75% Quelle: A. – W. Sommer, "Passivhäuser" Definitionsversuch Thermische Behaglichkeit Thermische Behaglichkeit herrscht dann vor, wenn… …der menschliche Organismus in einem thermoregulatorischen Gleichgewicht mit der Umgebung steht (DIN EN ISO 7730: 2005) …ein subjektives Wohlempfinden des Menschen mit seiner Umgebung vorliegt, d.h. es ist nicht zu warm oder zu kalt ist (Toleranzgrenzen) Definitionsversuch Thermische Behaglichkeit Im Zentrum steht der Mensch Fünf Sinne Sehen, Hören, Schmecken, Riechen, Fühlen Messbarkeit und Empfinden Messbare Größen Lufttemperatur Umschließungsflächentemperatur von Normen und Gesetzen vorgeschrieben Luftfeuchte Luftgeschwindigkeit CO-Gehalt Geräuschpegel Helligkeit Empfundene Größen Stimmigkeit (Kohärenz) Nachvollziehbarkeit Ästhetik Begriffe Behaglichkeit Behaglichkeitsaspekte Thermische Behaglichkeit Wärme Akustische Behaglichkeit Haptische Behaglichkeit Schall Oberflächen Echo Materialien Kälte Feuchte Begriffe Temperaturen für warme Oberflächen Fußböden Decken Wände Begriffe Temperaturen für kühle Oberflächen Fußböden Decken Fenster Berechnungsgrundlagen Gebäudesimulation Luftfeuchte Lufttemperatur Luftgeschwindigkeit Wichtige Komfortaspekte Kennfeld der Raumtemperatur nach DIN 1946, Teil 2 Behaglichkeit und Ökonomie Leistungsfähigkeit des Menschen relativ zum Raumklima Steuerungsgrößen Steuerung des Bedarfes nach Temperatur und Feuchte Optimierung der Materialien und Kubaturen Optimale Tageslichtversorgung Schutz vor Überhitzung Optimierung der inneren Quellen Nutzung regenerativer Quellen => „Befähigung des Gebäudes“ Gestaltungsraum Qualitäten Behaglichkeit Wärme - Bekleidung - Tätigkeit - Aufenthaltsdauer Mensch - Lufttemperatur (21-26°C, DIN1946) - Luftfeuchte (40-80%) - Temperatur der umfassenden Flächen (14-24°C) Kälte Luft - Luftmenge / Luftaustausch (30-60 m³/h·Pers., DIN 1946) - Luftgeschwindigkeit (0,2-4,0 m/s) - Lufttemperatur (+6 / –4 K Einblastemperatur ) Thermisch Schall Akustisch - Nachhall (sec) - Lautstärke (30-35 dB) Staub Geruch Olfaktorisch - CO & CO2 - SO2 Nox - Aerosole Licht Visuell - Beleuchtungsstärke (300–500 lux) - Beleuchtungsfarbe - Tageslichtanteil - Blendung - Leuchtdichteverteilung Gestaltungsraum Wärme & Kälte im Raum Wärme - Heizkörper Fußboden Decken & Wände Bauteile Luft - freie Lüftung - mechanische Lüftung Zuluft - mit Wärmerückgewinnung Abluft - über Luft Kälte - über Wasser - über Kältemittel o o o o Bauteile Kühldecken Kühlsegel Kühlwände Lage Gewichte eines Energiekonzeptes Ertragssituation innere Gestaltung Lage Lage Ertragssituation innere Gestaltung Ertragssituation Lage Ertragssituation innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung Lage Ertragssituation innere Gestaltung Beispiele KÜHLEN HEIZEN WSVO 10°C 20°C 30°C EnEV HEIZEN KÜHLEN 10°C 20°C 30°C Quelle: Michael Keller Quelle: Michael Keller EEWärmeG oder 15%ige Unterschreitung der Anforderungen der EnEV EEWärmeG (Kombinationen) Integration von Tageslicht und Kunstlicht Optimaler Fensterflächenanteil Reduziert Strombedarf für Kunstlicht Optimiert Kühlbedarf durch innere Lasten und Kunstlicht Optimiert Wärmegewinne im Winter Primärenergieanteile 1 kWh Strom = 3,0 kWh QP 1 kWh Wärme = 1,2 kWh QP 1 kWh Kälte = 0,86 kWh QP COP 3,5 Gestaltungsraum Energieverteilung und Anwendung Betonkernaktivierung g=0,2-0,8 Blendschutz 60-80 W/m² 30m³/Pers. Luftgeschwindigkeit 0,2-0,4 m/s Luftgeschwindigkeit 4-8 m/s Bildquelle: EneC Fußbodenheizung/ -kühlung 15-45 W/m² Gestaltungsraum Heizenergieverteilung Leistung Fußbodenheizung Decken-heizung Vorlauf Strahlung/ Konvektion Kosten 40–50 W/m² 30 – 35 °C 90/10 35 – 60 €/m² 30–60 W/m² 30 – 35 °C 100/0 70 – 230€/m² 80 W/m² 80 - 120 °C 100/0 75 W/m² 35 – 55°C 70/30 Deckenstrahlplatten Flachheizkörper 35 – 60 €/m² Gestaltungsraum Erdwärmenutzung Entzugleistung Erdreich Erdkollektor bei PE-Rohr HD25x2,3mm PN16 Erdsonde + WP trockener Boden Erdkörbe + WP 10-15 W/m² feuchter Boden 15-20W/m² sehr feuchter Boden 25 W/m² wasserfeuchter Boden Grundwasser + WP Erdkollektor + WP Erdkanal 25-30 W/m² Grundwasser 30-40 W/m² Gestaltungsraum Energiespeicher Solar WarmwasserSpeicher Warmwasserspeicher Sprinklertank Fensterkollektor mit PCM-Speicher Speicherfähigkeit Wasser Salze & Paraffine Solar PCM- oder Paraffin-Speicher Solar AquiferSpeicher Zeolithe 60 kWh/m³ <100°C 120 kWh/m³ 10-60°C 200-500 kWh/m³ 100-300°C Luft Wärme/Kühlung Feuchteregulation Wärmeentzug Kälteentzug 50 W/m 100 kWh/(m·a) 30 W/m 80 kWh/(m·a) Beispiel: Bauteilaktivierung Beispiel Hess Natur
