PPT-Datei - MAIV

TUD
Ingenieurconsult
Cornelius - Schwarz - Zeitler GmbH
Darmstadt  Berlin  Dresden  Leipzig
Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik
Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach
Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt
Tragwerksplanung der Foyerüberdachung
Für die weitgespannte transparente Überdachung des
Foyers ist ein filigranes Tragwerk in Form und Dimension
so zu entwickeln, dass die gestalterischen Anforderungen
der Architektur umgesetzt und gleichzeitig eine homogene
Beanspruchung
und
effiziente
Ausnutzung
der
verwendeten Tragelemente gewährleistet werden. Dabei
sind die einwirkenden Kräfte und Verschiebungen
(Eigengewicht, Wind, Schnee, Temperaturverformungen,
Erdbeben,
Bauwerksverformungen)
sowie
die
Gesamtstabilität zu beachten.
Bild 1: Rechenmodell zum Vorentwurf
links: Spannungsniveau am verformten System im Lastfall
ständige Lasten
rechts: Spannungsniveau am verformten System im
Lastfall Erwärmung
Bild 2: (rechts)
erste Eigenform des Systems zur Beurteilung der Gesamtstabilität
verfeinertes Rechenmodell des Dachtragwerks zum
Entwurf mit Sekundärtragstruktur
Optimierung der thermischen Gebäudehülle
Aufbau und Gestaltung der thermischen Außenhülle des
WKZ haben einen wesentlichen Einfluß auf das
Erscheinungsbild des Gebäudes, den Nutzungskomfort
und die Investitions- und Betriebskosten (Energie für
Heizung, Lüftung und Kühlung), insbesondere wegen des
hohen Glasanteils an der Hülle. Der Bauteilaufbau der
Elemente der Gebäudehülle sowie die Wahl der
Beschichtung der Verglasung ist daher so zu optimieren,
dass ein ausgewogenes Verhältnis entsteht zwischen den
solaren Gewinnen, die im Winter den Heizenergiebedarf
reduzieren, im Sommer jedoch Kühlernergie erfordern und
den Transmissionswärmeverlusten, die im Winter den
Heizenergiebedarf steigern, im Sommer und in den
Übergangszeiten den Kühlenergiebedarf senken.
Energiebilanz
Ve r l ust e
Ge wi nne
Warmwasserbereit ung
3%
Heizung
Anlagenverlust e
Lüf t ung
Int erne Gewinne
Solare Gewinne über
t ransparent e
Transmissions-
Regenerat ive
Fassadenf lächen
wärmeverlust e über
Baut eile
25%
Bild 4: links: schematische Darstellung des Strahlungsdurchganges durch eine Glasfassade und der Transmissionswärmeverluste durch ein Wandbauteil
rechts: Gewinne und Verluste und ihre Anteile an der
Gesamtenergiebilanz
Abschätzung des Jahresenergiebedarfs für Heizung (ohne TW) und Kühlung [kWh]
Variantenberechung mit Variation des Energiedurchlassgrades g und des Wärmedurchgangskoeffizienten u der Glasfassade für
unterschiedliche Wärmedämmqualitäten
kWh
1.200.000
1.077.253
1.000.000 908.200
1.025.158
995.635
986.712
800.000
692.787
618.225
546.295
600.000
617.162
534.728
641.352
604.980
554.151
531.199
464.886
400.000
200.000
0
-200.000
-400.000
-600.000
-372.853
-582.087
-649.109
-800.000
1
-592.027
2
VARIANTE 1
g = 0,35
u = 0,9/1,0
3
1
-393.800
-470.011
-359.885
-420.559
-357.002
-420.841
-374.390
-634.391
-655.233
-680.681
-422.704
2
VARIANTE 2
g = 0,35
u = 1,1/1,2
3
1
2
VARIANTE 3
g = 0,25
u = 0,90/1,0
3
Heizenergiebedarf
1
2
VARIANTE 4
g = 0,25
u = 1,1/1,2
3
1
2
VARIANTE 5
g = 0,18
u = 0,9/1,0
3
Kühlenergiebedarf
Abschätzung der Energiekosten für Heizung und Kühlung [euro/a]
Variantenberechung mit Variation des Energiedurchlassgrades g und des Wärmedurchgangskoeffizienten u der Glasfassade für
unterschiedliche Wärmedämmqualitäten
80.000
70.000
60.000
3 8 .4 8 2
50.000
3 7 .8 3 6
2 5 .5 9 7
2 3 .3 9 3
2 4 .2 3 5
4 2 .5 9 0
4 2 .1 9 2
40.000
4 1 .2 3 5
4 4 .2 4 4
2 7 .4 7 6
2 7 .3 3 6
2 7 .3 5 5
3 0 .5 5 1
2 3 .2 0 5
30.000
20.000
10.000
1 9 .1 2 0
2 1 .6 3 8
1 6 .2 7 1
3 7 .7 0 4
3 4 .8 4 7
3 4 .5 3 5
3 1 .7 8 7
2 1 .6 0 1
1 8 .7 1 5
2 4 .3 3 5
3 5 .8 8 1
2 4 .2 4 8
1 8 .5 9 2
2 2 .4 4 7
2 1 .1 7 4
1 9 .3 9 5
0
1
Bild 3: schematische Darstellung der Verlust- und
Gewinnquellen der Gebäudeenergiebilanz
2
VARIANTE 1
g = 0,35
u = 0,9/1,0
3
1
2
VARIANTE 2
g = 0,35
u = 1,1/1,2
3
1
Variable Parameter der Verglasung:
u: Wärmedurchgangskoeffizient der Fassade [W/m²K]
g: Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung [Dimensionslos]
Variation der Dämmqualitäten:
1: Mindestwärmeschutze der Bauteil gem. DIN 4108-2
2: Empfohlene Dämmqualität
3: Erhöhte Dämmqualität
2
VARIANTE 3
g = 0,25
u = 0,90/1,0
3
1
2
VARIANTE 4
g = 0,25
u = 1,1/1,2
3
1
2
VARIANTE 5
g = 0,18
u = 0,9/1,0
3
Energiekosten Kühlung,
0,065 euro/kWh
Energiekosten Heizung,
0,035 euro/kWh
Bild 5: Heiz- und Kühlenergieberechnungen für
verschiedenen Verglasungsvarianten und Dämmqualitäten zur Optimierung der thermischen Hülle