Effizient Kubus und Hülle planen, Daniel Dittmar [ PDF ]
Werbung
Inhaltsverzeichnis „Energieeffizentes Bauen“ Effizient Kubus und Hülle planen Daniel Dittmar!! ! dipl. Architekt ETH Effienergie AG ! ! ! ! ! ! 1 1. Einleitung 2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens 3. Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar) 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich 2 1.! Einleitung 2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens Die 7 Regeln des energieeffizienten Bauens Regel 1: Wärmeverluste minimieren Regel 1: Minimierung der Wärmeverluste Wie plant man eine Liegenschaft möglichst energieeffizient? In Anbetracht der globalen Herausforderung im Energie- und Klimabereich - mit Stichworten wie Energiewende und Reduktion des CO2-Ausstosses - wird dem Erstellen von Gebäuden eine grosse Bedeutung zu geordnet. Unter dem zweiten Teil sind die „6 Regeln des energieeffizienten Bauens“ aufgeführt. Für das Gelingen eines energieeffizienten Gebäude sind die integrale Planung und die Betrachtung des Gebäudes respektive von Hülle und Haustechnik als Gesamtsystem unabdingbare Voraussetzungen. Aus dem Referat „Architektur Gebäudetechnik“ von Andreas Baumgartner, Amstein + Walthert AG - Kompaktes Volumen mit durchgehend gedämmter Gebäudehülle - Hochgedämmte Gebäudehülle Der dritte Teil „Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar)“ ist der Versuch, anhand von bemerkenswerten Beispielen, verschiedenen Typologien zu skizzieren. Für das komplexe Thema „Energieeffizientes Bauen“ gibt es kein architektonisches Patentrezept. Im Spannungsfeld von Raumorganisation, Kompaktheit und Orientierung zur Sonne nimmt die Lösung im jeweiligen Kontext unterschiedliche Formen an. - Möglichst wenig Wärmebrücken Quelle: www.waermebildkamera-verleih.de Die 7 Regeln des energieeffizienten Bauens Regel 2: Maximieren derEnergie Solargewinne Regel•2:Kompakte Erneuerbare Formen / Solare Gewinne Aus dem Referat „Passivsolar und/oder kompakt“ von Guido Honegger, Vera Gloor Architekten Im vierten Teil „Ausgewählte Fassaden im Vergleich“ wird das Zusammenspiel von Glasanteil und Beschattung, Energieverhalten und Fassadengestaltung bei mehrschichtigen Fassaden betrachtet. Die Gebäudehülle als Vermittler zwischen öffentlichem und privatem Raum hat vielfältige, zum Teil widersprüchliche Aufgabe zu erfüllen. Foto: Greenaction 3 Zürich, 17. Februar 2014 - Ausrichtung der Fensterflächen mit grossen • Hochgedämmte Gebäudehülle Energieeffizientes Bauen Öffnungen Verglasungen nach Süden und kleine • Wenig Wärmebrücken nach Norden 21 - Beschattung im Sommer beachten - Materialisierung (Speicherfähigkeit beachten) Aus dem Referat „Passivsolar und/oder kompakt“ von Guido Honegger, Vera Gloor Architekten Sonnenbahn im Sommer (rot) und Winter (blau) 4 • Ausrichtung / Orientierung Fensterflächen Zürich, 17. Februar 2014 • Materialisierung Energieeffizientes Bauen 23 2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens 2. Die 6 Regeln des energieeffizienten Bauens Regel Einbezug der SIA 2040 5: Effizienzpfad Energie Regel 3: Optimierte Gebäudetechnik Energie aus induzierter Mobilität - Einfache, modulare Systeme - Verkehrsoptimierte Systeme entwickeln - Erneuerbare Energieträger - Tiefe Vorlauftemperatur (< 30°C) - Bauen an Standorten mit guter Erschliessung des öffentlichen Verkehrs - Effiziente Geräte - Komfortlüftungen - Einfache Regel- und Steuersysteme - Infrastruktur für Fussgänger und Velofahrer ausbauen - Messkonzepte / Erfolgskontrolle SIA 2040 Effizienzpfad Energie: Mit Berücksichtigung der standortabhängigen Alltagsmobilität für den Personenverkehr und die Infrastruktur Zürich, 17. Februar 2014 Quelle: www.heat.de Energieeffizientes Bauen Regel 6: Integrale Planung Regel 4: Einbezug der grauen Energie 27 - Optimierung von Neubauten: Wenig Beton und viel Holz - Planungsteam mit Architekt und Spezialisten - Die frühzeitige Einbeziehung (konzeptionellen Phase) aller notwendigen Experten im Planungsteam - Substanzerhalt bei Sanierungsobjekten - Synthese von Architektur, Gebäudetechnik und Ökologie Beim U-Wertrechner vom Bauteilkatalog wird die graue Energie der Konstruktion ausgewiesen. Quelle: 3-Plan Haustechnik 3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2) 3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2) 1.2**MerkerHAreal,*Baden * Kompakt Typ 1 und Typ 2 Bsp. Typ ZulaufHSchmidlin 1: Merker-Areal, Baden, Zulauf & Schmidlin Architekten Wohnungsbau, 45 Whg mit Fabrikationshalle / 2009 Typ 1: Kompakt als Reihung und Schichtung - Parkähnliche Grünanlage durch Kompaktheit - Strenge Struktur mit 5-geschossigen Lichthöfen und Rasterfassade - Der Typ ist eher städtisch, respektive stadt-kompatibel - Im Grundriss sind die Wohnungen gereiht und die Räume in die Tiefe geschichtet - Holzschnitzelfeuerung mit Sonnenkollektoren - Haustechnik Minergie-P; Primäranforderung Gebäudehülle nicht erfüllt - Primäres Ziel ist der minimale Energieverlust thaus* „Kompakt“*durch*Reihung*+*Schichtung* • Tiefe*durchgehende*Grundrisse*(23m)*mit*eingezogenen*Loggias* • Licht*und*Luc*ins*Zentrum*mit*Lichthof*/*mehrgeschossiges*Atrium** Typ 2: Kompakt als Punkthaus • Lichthof*mit*gegensei'ger*Einsicht*und*Transmissionswärmeverlusten,*da*nicht* - Tiefe durchgehende Grundrisse (23m) mit Eigentumswohnungsbau*45*Whg*mit*Fabrika'onshalle*/*2009* überdacht.** • • • • 9 Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie - Der Typ ist eher ländlich, respektive agglo-kompatibel - Zentraler Erschliessungskern, meistens mit Oblicht - Im Grundriss sind die Haupt- und Nebenräume jeweils ringförmig um den Kern respektive um den Hof gelagert. eingezogenen Loggias Parkähnliche*Grünanlage*durch*Kompaktheit* - Licht und Luft ins Zentrum mit Lichthof (mehrStrenge*Struktur*mit*5Hgeschossigen*Lichthöfen*und*Rasterfassade* geschossiges Atrium) Heizung*Holzschnitzelfeuerung*mit*Sonnenkollektoren** - Lichthof mit gegenseitiger Einsicht und TransmissionsHaustechnisch*„MinergieHP“,*Primäranforderung*Gebäudehülle*nicht*erfüllt * wärmeverlusten (nicht überdacht) - Ungünstiges Verhältnis von Oberfläche 8zu Volumen - Primäres Ziel ist der minimale Energieverlust Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie „Kompakt“*durch*Reihung*+*Schichtung* 7 8 • • • Tiefe*durchgehende*Grundrisse*(23m)*mit*eingezogenen*Loggias* Licht*und*Luc*ins*Zentrum*mit*Lichthof*/*mehrgeschossiges*Atrium** Lichthof*mit*gegensei'ger*Einsicht*und*Transmissionswärmeverlusten,*da*nicht* überdacht.** 9 Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie 3. Gebäudetypologien (kompakt Typ 1 und Typ 2) 3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4) Passivsolar Typ 3 und Typ 4 Bsp. Typ 2: Mitterweg, Innsbruck, Baumschlager Eberle Genossenschaftlicher Wohnungsbau, 60 Whg / 1997 Typ 3: Passivsolar als Reihe und einfache Schichtung - Situation: Agglomeration, uneinheitliche Bebauung, Nähe Flughafen - Einseitige Orientierung: Schichtung von Haupt- und Nebenräumen von Süd nach Nord - Die Grundrisse sind in die Breite und nicht in die Tiefe entwickelt - Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert (gegen Süden orientiert) - Ziel ist der maximale solarer Gewinn - Holzlattenrost als vereinheitlichende Fassade der Balkonschicht - Fernwärme und Solarkollektoren • *Schichtung*von*HauptHund*Nebenräumen*von*Süd*nach*Nord.* Typ 4: • Passivsolar und Kompakt (Hybrid) *Die*Grundrisse*sind*mehr*in*die*Breite*als*in*die*Tiefe*entwickelt* • *Öffnungsgrösse*nach*Himmelsrichtung*differenziert.* als Reihe mit mehrfacher Schichtung 30 - Schichtung in Haupt-, Neben- und Haupträume von Süd nach Nord - Die Grundrisse sind sowohl in die Breite als auch in die Tiefe entwickelt - Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert (grosse Öffnungen von Südost bis Südwest) - Ziel ist der maximale solare Gewinn bei minimalem Energieverlust Raumorganisation ringförmig geschichtet Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie - Analogie: Zwiebel, Jahrringe Baum - Zentraler Erschliessungskern mit Oblicht - Nebenräume ringförmig angelagert - Haupträume peripher mit Tageslicht - Balkone als Pufferzone (Holzlattenrost mit Lichtund Schattenspiel) 9 10 3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4) 3. Gebäudetypologien (passivsolar Typ 3 und Typ 4) Bsp Typ 4: Eulachhof, Winterthur, Dietrich Schwarz Bsp. Typ 3: Sunnywoods, Zürich, Kämpfen für Architektur Mehrfamilienhaus an Südhanglage, 6 Whg / 2002 Wohnüberbauung 132 Whg / 2009 - Gestapelte Maisonettewohnungen mit Garten oder Dachterrasse - Neue Blockrandbebauung auf altem Industrieareal - Südfassade teilweise mit GlassX (Solargläser mit Latentspeicher) - Südfassade und Dach mit passiven und aktiven Massnahmen - Minergie-P- Eco, Wärme aus Abluft und Abwasser, Fotovoltaik - Haupträume vorwiegend gegen Süd und Aussicht - Schichtung in Haupt-, Neben- und Haupträumen von Süd nach Nord - Schichtung von Haupt- und Nebenräumen von Süd nach Nord - Die Grundrisse sind sowohl in die Tiefe (18.5m mit Balkon) als auch in die Breite entwickelt - Die Grundrisse sind mehr in die Breite als in die Tiefe entwickelt - Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert - Öffnungsgrösse nach Himmelsrichtung differenziert - Relativ starke Verschattung durch Südbalkon • *Schichtung*von*HauptHund*Nebenräumen*von*Süd*nach*Nord.* • *Die*Grundrisse*sind*mehr*in*die*Breite*als*in*die*Tiefe*entwickelt* • *Öffnungsgrösse*nach*Himmelsrichtung*differenziert.* 11 30 Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie 12 3. Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar) 3. Gebäudetypologien (kompakt / passivsolar) Enegiebedarf für kompakte und passivsolare Gebäude Zusammenfassung „Solar und/oder kompakt“ Kompaktheit und Energiebedarf Kompakt Passivsolar Kompaktheit ist nicht nur ökonomisch und energieeffizient, sie ist auch ökologisch (Reduktion der Grauen Energie). Die Herausforderung besteht darin, Tageslicht ins Zentrum zu bekommen. Passive Solarenergienutzung bedingt, dass Fensteröffnungen relativ exponiert, aber beschattbar sind (schmaler Südbalkon und beweglicher Sonnenschutz). Tiefe verglaste Loggien, wie bei Kompaktbauten mit grosser Tiefe üblich, bringen keinen Gewinn. Das Ziel ist der minimale Energieverlust Das Ziel ist der maximale Energiegewinn Weitere Kriterien - Tiefere solare Lasten pro Quadratmeter Nutzfläche - Schlechtere natürliche Lüftung bei hohen Raumtiefen - Wenig Aussenfläche für Energiegewinnung - Unwirtschaftliche Grundrisse Weitere Kriterien - Höhere solare Lasten pro Quadratmeter Nutzfläche - Gute natürliche Lüftung - Viel Aussenfläche für Energiegewinnung - Wirtschaftliche Grundrisse - Heizen (orange): Je kompakter um so geringer der Energiebedarf - Kühlen (blau): Je kompakter um so geringer der Energiebedarf - Beleuchtung (gelb): Je kompakter um so grösser der Energiebedarf - Der Gesamtenergiebedarf nimmt vom EFH bis zum 8-FH deutlich ab - Ab 40-FH nimmt der Gesamtenergiebedarf wieder zu Glasanteil und Energiebedarf - Heizen (orange): Je höher der Glasanteil ist, um so höher ist der Energiebedarf - Kühlen (blau): Je höher der Glasanteil ist, um so höher ist der Energiebedarf - Beleuchtung (gelb): Je höher der Glasanteil ist, um so kleiner ist der Energiebedarf - Der Gesamtenergiebedarf erhöht sich ab 20% bis 50% Glasanteil langsam - Der Gesamtenergiebedarf erhöht sich ab 80% Glasanteil stärker Quelle: Hochschule Luzern 13 Fazit Für jeden Typ gibt es eine Vielzahl von Modellen und Varianten. Je nach topografischer Lage, städtebaulichem Kontext und kulturellem Hintergrund gilt es, zwischen Solar und/oder Kompakt abzuwägen. Dabei können auch hybride Formen entstehen 48 Energieeffizientes Bauen / Architektur und Energie 14 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich Hülle 1: Massiv- und Glasfassade Energieverhalten und Gestaltung bei mehrschichtigen Fassaden Eichgut, Winterthur Hülle 1: Massiv- und Glasfassade Gemeindehaus*Köniz*bei*Bern* PlanergemeinschaT*Morscher*Bolliger*GWJ* - Vera Gloor Architekten Hülle 2: Doppelhaut-Fassade - Hinterlüftete Alu-Blechpanele in differenzierten Rottönen Hülle 3: Glasfassade mit Lochbetonblende - Sommerlicher Wärmeschutz: Schiebeläden mit verstellbaren Lamellen Hülle 4: Brise-Soleil - Tragstruktur: Decken getragen von Kern und Aussenwand Hülle 1 LangfrisDge*Anpassung*an*veränderte*Bedürfnisse* Hülle 2 Energieeffizientes Bauen 8 Annahmen und Randbedingungen Berechnungsgrundlagen - Gleiche Nutzung (Verwaltung) 3-fach IV Ug = 0.60 W/m2K Uw = 0.95 W/m2K g-Wert Glas = 0.45 - Gleicher Referenz-Baukörper (Gebäudehüllzahl) Hülle 3 - Fassadenaufbau alle vier Seiten gleich - Hauptfassade Südorientierung U-Wert Fassade = 0.12 W/m2K - Transmissionsverluste und solare Gewinne Fensteranteil = 33% resp. 75% - Beleuchtungsenergie nicht berücksichtigt Hülle 4 15 Verschattung zum Teil Überhang 60° (Balkone) - Sommerlicher Wärmeschutz nicht beurteilt 16 Raumkonzept:**frei*unterteilbare*Raumschicht*um*zentralen*Kern* 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich Hülle 2: Doppelhaut-Fassade mit Luftzwischenraum (Kastenfenster) Hülle 3: Glasfassade mit Lochblenden Gemeindehaus Köniz DYB, Swatch-Group, Cormondrèche - Morscher Bolliger GWJ - Atelier Oi - Puffer zur energetischen Bewirtschaftung - 100 % Glasfassade - Haut: Verbund-Sicherheitsglas (VSG) - Lochbetonblende als Metapher der Edelsteinfassung - Gesamtkonzept in Grundriss und Schnitt Puffer*zur*energeDschen*BewirtschaTung* Lochbetonblende*als*Metapher*der*Edelsteinfassung* Berechnungsgrundlagen Berechnungsgrundlagen 17 2-fach IV Ug = 1.10 W/m2K Uw = 1.53 W/m2K (innen) g-Wert Glas = 0.41 3-fach IV Ug = 0.60 W/m2K Uw = 0.95 W/m2K g-Wert Glas = 0.45 U-Wert Fassade = 1.21 W/m2K U-Wert Fassade = 0.95W/m2K VSG-Haut Reduktion g-Wert = 82% g-Wert Fassade = 0.34 Verschattung Überhang 15° (Gitterrost im LZR) Lochblende Reduktion g-Wert = ca. 50% g-Wert Gesamtfassade = 0.25 Abstand Durchlüftung Fenster 18 Energieeffizientes Bauen 12 Energieeffizientes Bauen 16 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich Hülle 4: Brise-Soleil Energieverhalten: Massiv, Glasfassade, Doppelhaut, Lochblende und Brise-soleil E-Science Lab, ETH Zürich Bilanz Fassaden Nord - Baumschlager Eberle Transmissionsverlust (rot) - Zunehmend von Massiv bis Doppelhaut - Bei Glasfassaden ist er gleich hoch - Optimierung von Energiebilanz und Gebäudehülle durch Simulationen. Gewinn Solar (grün) - Hoher Gewinn bei reiner Glasfassade - Reduktion bei vorgesetzter Blende/VSG - Brise-soleil hat relativ hohen Gewinn (geringe Verschattung) - Je nach Orientierung ergeben sich unterschiedliche Balkontiefen - Hohe Flexibilität bei minimalem Energiebedarf Verluste*zunehmend*von*Massiv*bis*Doppelhaut,*bei*Glasfassaden*gleich*hoch.* • Hoher*Gewinn*bei*reiner*Glasfassade,*RedukDon*bei*vorgesetzter*Blende/VSG.* • BriseKsoleil*relaDv*hoher*Gewinn,*da*Verscha1ung*gering.* Energieeffizientes Bauen Berechnungsgrundlagen*eKScience*Lab* 29 Berechnungsgrundlagen 19 3"fach'IV* 3-fach IV UKWert*Glas*=*0.60*W/m2K* Ug = 0.60 W/m2K UKWert*Fenster*=*0.95*W/m2K* Uw = 0.95 W/m2K UKWert*Fassade*=*0.95*W/m2K* g-Wert Glas = 0.45 gKWert*Glas*=*0.45* * U-Wert Fassade = 0.95W/m2K 'Sonnen"'und'Blendschutz* Sonnen- und Blendschutz Tiefe*2.30m,*Abstand*2.00m* Tiefe 2.30m, Abstand 2.00m * Verschattung 'Verscha8ung* Überhang 60° Überhang*60°* Energieeffizientes Bauen Seitenblende 60° Seitenblende*60°** Energieeffizientes Bauen 28 22 Bilanz Fassaden Süd Transmissionsverlust (rot) - Zunehmend von Massiv bis Doppelhaut - Bei Glasfassaden ist er gleich hoch Gewinn Solar (grün) - Die Glasfassade hat den grössten Gewinn: Überhitzung! - Brise-soleil hat reduzierten Gewinn (starke Verschattung) Verlust Netto (gelb) - Bei Doppelhaut und Lochblende ausgeglichene Bilanz. Die*Glasfassade*hat*den*grössten*Gewinn*KK>*Überhitzung.* Quelle: Forum Energie Zürich Gewinne*>*Nord,*bei*Doppelhaut*und*Lochlende*ausgeglichene*Bilanz.* BriseKsoleil*hat*reduzierten*Gewinn,*da*Verscha1ung*stark.* Energieeffizientes Bauen 20 30 4. Ausgewählte Fassaden im Vergleich So sparen Sie Energie Zusammenfassung Energieverhalten Bilanz Gebäude - Doppelhaut hat den grössten Heizwärmebedarf (gelb) bei grösstem Verlust. - 3-fach Glasfassaden haben unterschiedliche Gewinne bei gleichem Verlust. Besten Dank für Ihr Interesse - Ausnutzungsgrad der Gewinne ist abhängig vom Gewinn-Verlustverhältnis. Doppelhaut*hat*grössten*Heizwärmebedarf*bei*grösstem*Verlust* Quelle: Forum Energie Zürich 3Kfach*Glasfassaden*haben*unterschiedliche*Gewinne*bei*gleichem*Verlust* Ausnutzungsgrad*der*Gewinne*abhängig*vom*GewinnKVerlustverhältnis* Energieeffizientes Bauen 31 Zusammenfassung Energieverhalten Stand 1.3.2016 - Transmissionsverluste sind grösser je höher der Glasanteil Die gestalterischen befriedigende Optimierung von Tageslichtnutzung, Energiegewinnung und sommerlichem Wärmeschutz bei mehrschichtigen Fassaden ist die Herausforderung der Zukunft. 21 Effienergie AG Neugasse 10, 8005 Zürich T 058 680 40 91 [email protected] www.effienergie.ch - Solare Gewinne sind stark reduziert bei Blenden und vorgesetzten Gläsern - Passive Solarenergienutzung ist am besten mit beweglichem, äusseren Sonnenschutz (stark benutzerabhängig) 22
