Integrierter Entwurf 1 - Ansätze und Konstruktion

Integration technischer Systeme findet statt:

• In das Architekturkonzept

Verankerung von Nachhaltigkeitszielen, stark beeinflusst von der Wahl der Systeme für Energie und

Klima

• In den Entwurf

Entscheidung für aktive / passive Wegen der Erzeugung und Versorgung

• In die Planung

Abstimmung der technischen Gewerke mit der Architektur

• In die Konstruktion

Gebäudeelemente übernehmen konstruktive und energetische / klimatische Funktionen

• In den Betrieb

Steuerung und Regelung der Systeme nach Nutzung und Nutzerverhalten

Integrale Planung

• vereinigt Architektur- und

Technikplanung

• Trägt der gestiegenen Komplexität

Rechnung

• Zunehmende Technisierung

‘klassischer’ Gewerke wie z.B.

Fenster und Türen

• Abstimmung zwischen technischen

Gewerken, heute kaum noch isoliert

zu planen

• Ist ein ‘Idealbegriff’

Ziele:

• Flexibilität

• Energieffizenz

• Sicherheit

• Verfügbarkeit

• Zweckentsprechung

• Niedrige Lebenszykluskosten

• Balancieren zwischen Reduzieren und Erzeugen

• Bewusst Entscheidung für eine Haltung (siehe Ansätze),

im Bewusstsein der Bedeutung für die Architektur und

Konstruktion

• Lokale Energiepotentiale nutzen

• Den Mensch in den Mittelpunkt stellen

• Nach Synergien zwischen Ausrichtung, Raumorganisation,

Oberflächen und Energie / Nachhaltigkeit suchen

• Synergie = Anforderungen der Energie / Nachhaltigkeit

nutzen um den Entwurf zu stärken, oder: Das Ergebnis ist

mehr als die Summe seiner Teile

Definition:

• freiwilliger Baustandard; Zertifizierung möglich

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Ziel:

• Optimierung der Wärmebilanz durch starke

Dämmung der Geb.udehülle und Minimierung

der Lüftungsw.rmeverluste sowie Nutzung von

passiven Wärmequellen (Sonne, Erdwärme etc)

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

• Trinkwasser

• Beleuchtung

• Haushaltsgeräte

Definition:

• freiwilliger Baustandard / Label

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

• Trinkwasser

• bei Nicht-Wohngebäuden:zusätzlich Beleuchtung

Relevante Eckdaten:

Kennzahl Wärme = 30 kWh/m2a (3 l Heizöl)

Heizwärmebedarf 60% der gesetzlichen Anforderung

(Grenzwert SIA)

Notwendige Bedingungen:

• Primäranforderung an die Geb.udehülle

• Ganzjährig kontrollierbarer Luftwechsel

• MINERGIE®-Grenzwert (gewichtete

Energiekennzahl)

• Nachweis über den thermischen Komfort im

Sommer

• Erneuerbare Energie erforderlich

Einfluss auf Gestaltung / Konstruktion:

• noch stärkere Reduktion der Wärmeverluste =

starke Dämmung

• Platzierung von PV / Solarthermie

• Komfortlüftung muss integriert werden

• häufig kompakte Gebäudeform

Definition:

• freiwilliger Baustandard / Label

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

• Trinkwasser

• bei Nicht-Wohngebäuden zusätzlich Beleuchtung

• Energieversorgung

• Herstellung (Graue Energie)

Notwendige Bedingungen:

• Primäranforderung an die Geb.udehülle

• Ganzjährig kontrollierbarer Luftwechsel

• MINERGIE®-Grenzwert (gewichtete

Energiekennzahl)

• Nachweis über den thermischen Komfort im

Sommer

• Nutzung Erneuerbarer Energien erforderlich

Einfluss auf Gestaltung / Konstruktion:

• weniger starke Dämmung notwendig aber:

• Platzierung von PV / Solarthermie

• Nutzung von Umgebungswärme = Wärmeabgabe

in den Raum

• Integration von Komfortlüftung

Definition:

• Energieverbrauch = Energieerzeugung auf

Jahresbasis (!)

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

• Trinkwasser

Notwendige Bedingungen:

• netzbasiert, da noch keine ausreichende

Entwicklung saisonaler Speicher (v.a. Strom)

• Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien

Einfluss auf Gestaltung / Konstruktion

• starke Dämmung dadurch grosse Wandstärken

• häufig kompakte Gebäudeform

• asymmetrisches Satteldach für Photovoltaik

• Verschattung z.B. Dachüberstand gegen Süden

Definition:

• Energieverbrauch kleiner als Energieerzeugung auf

Jahresbasis

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

• Trinkwasser

• Beleuchtung

• Haushaltsgeräte

• Bilanzgrenze: Grundstück (on-site-generation)

Notwendige Bedingungen:

• netzbasiert, da noch keine ausreichende

Entwicklung saisonaler Speicher (v.a. Strom)

• Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien

• Monitoring zur Bewertung des Gebäudebetriebs

und Bestimmung der Eigennutzungsgrade des

erzeugten Stroms

Einfluss auf Gestaltung / Konstruktion

• starke Dämmung dadurch grosse Wandstärken

• häufig kompakte Gebäudeform

• asymmetrisches Satteldach für Photovoltaik

• Verschattung z.B. Dachüberstand gegen Süden

Definition:

• maximaler Anteil an emissionsfreier Umweltwärme

• minimaler Bedarf an elektrischem Strom bzw. Eigenproduktion

• für Wohngebäude & Nicht-Wohngebäude

Bilanzraum:

• Heizen

• Kühlen

• Hilfsenergie

Ziel:

• solare Energie in thermischer und elektrischer Form ernten

• Erdreich als saisonalen thermischen Speicher nutzen

Notwendige Bedingungen:

Technische Komponenten:

1. solarer Hybridkollektor (thermisch und elektrisch)

2. tiefer Erdreichwärmespeicher (450-550m)

3. Niederhubwärmepumpe

4. Systemsteuerung

5. dezentrales Lüftungssystem

Einfluss auf Gestaltung / Konstruktion

• Balance zwischen Einsparen und Erzeugen

möglich, d.h. weniger Bedingungen and die

Geb.udehülle

• Integration dezentrales Lüftungssysteme

• Platzierung von PVT Kollektoren

Definition:

• Strategie, kein Energiestandard

• Integration aktiver Technologien

• Gebäude erzeugt kompletten Energiebedarf

allein oder im Verbund mit anderen Einheiten

• .berschüsse sind das Ziel; werden weiter

gegeben, z.B. an andere Gebäude

• Aktivhaus reagiert antizipativ auf

Veränderungen des Aussenraumes oder

Veränderungen im Innenraum

• Kommunizieren mit anderen Energieerzeugern,

Speichern und Verbrauchern mit dem Ziel der

energetischen Autarkie.

Notwendige Bedingungen:

• Deckung oder Überproduktion des eigenen

Energiebedarfes aus erneuerbaren Energien

• netzbasiert, da noch keine ausreichende

Entwicklung saisonaler Speicher (v.a. Strom)

• Monitoring zur Bewertung des Gebäudebetriebs

und Bestimmung der Eigennutzungsgrade des

erzeugten Stroms

Einfluss auf Gestaltung:

• Balancieren zwischen verbrauchen und

erzeugen möglich

• Integration von PV/ ST erforderlich

• Austausch mit anderen Gebäude erlaubt

Verzicht wenn Erzeugung am Gebäude aus

architektonischen oder anderen Gründen

nicht möglich

Gebäudetechnik

• Heiz- / Kühlsysteme

• Lüftung / Luftbehandlung

• Tageslicht / Kunstlicht

• Lokale Stromerzeugung

• Sensoren, Automationskomponenten

• Wassernutzung

Konstruktive Elemente

• Fundamente

• Fassaden

• Decke / Boden

• Dächer

• Fenster

• Innenwände

• Schächte / Vertikale Erschliessung

• Vereinbaren von strukturell / tektonischen,

funktionalen und ästhetischen Aspekten

• Ökonomische Vorteile

• Ökologische Vorteile

• Grösserer Nutzerkomfort

• Synergie = Eigenschaften konstruktiver

Bauteile für die Funktion, d.h. die

Versorgung des Gebäudes nutzen

Vorteile

• Platz- und Volumenersparnis

• Materialersparnis

• Systemeffizienz z.B. durch kürzere

Wege / Leitungen

• Raumerfahrung / flexible Gestaltung

• Möglichkeiten der Vorfertigung

• Synergieeffekte

Bedingungen / Nachteile

• Integraler Entwurf, integrale Planung

(> siehe VL 1 u. 2)

• Präzisere Planung zu einem früheren

Zeitpunkt

• erhöhte Komplexität durch

Wechselwirkungen

Regulieren der Behaglichkeit mit der Fassade:

• Lüften

• Heizen / Kühlen

• Sonnenschutz /Lichtlenkung

• Schallschutz

• Strom- / Wärmeerzeugung

Vorteile Integration

• Platzersparnis

• Systemeffizienz (kürzere Wege, z.B. Luft)

• Komfort

• Vorfertigung / vereinfachte Konstruktion

Nachteile

• Komplexität, d.h. Schnittstellen der Gewerke

• Statische Belastung

• Absaugung der Abluft über den

Fassadenzwischenraum

• Temperaturerhöhung im Fassadenzwischenraum

(Warmluft) bedeutet höherer Komfort

• geschossweise Führung der Luft im

Zwischenraum

• versetzte Zu- und Abluftöffnungen im

Deckenbereich, Vermeidung von thermischen

Kurzschluss u. Vermischung von Zu- und Abluft

• Zweite, umsegmentierte, das gesamte Gebäude

umhüllende Glasebene

• Boden und Dach Zu-und Abluftöffnungen

• Kaminwirkung, warme Luft kann genutzt werden

• Kastenfenster und Abluftschächte, wechselnd

angeordnet

• Kaminwirkung wird genutzt um die Abluft auf den

Kastenfenstern abzusaugen und über Dach

abzuführen

• vereint Doppel- und Einfachfassade

• Sommer: direkte Lüftung

• Winter: Nutzung vorgewärmter Luft aus dem

Zwischenraum aus dem doppelschaligen Bereich

• Integration vielfältiger Elemente der

Gebäudetechnik

• Verkürzung des Bauablaufes durch Vorfertigung

Die Trombe-Wand ist eine in der Solararchitektur verwendete Kombination aus einer Kollektor- und Speicherwand zur passiven Nutzung der Sonnenenergie. Die Trombe-Wand wurde von dem französischen Ingenieur Félix Trombe zusammen mit Architekten Jacques Michel 1956 in Font-Romeu-Odeillo-Via entwickelt.

Prinzip:

• verwendet den Glashauseffekt zur Speicherung

solarer Energie in einem massiven Bauteil

• Phasenverschiebung über den Tageszyklus

Aufbau:

• aussenliegende Hülle (Folie, Glas)

• Luftzwischenraum von 10-15 cm

• Kollektorfläche (massives Bauteil, z.B. Beton, Wasser)

Sonstiges:

• Weiterentwicklung mit transparenten Dämmstoffen

• für optimale Energieausbeute: dunkle Farben &

Südausrichtung

• im Sommer ist eine konstruktive Verschattung

erforderlich, um Überhitzung zu vermeiden

Technologie:

• Kern aus lichtdurchlässigem PCM in

Doppelverglasung

• kompensieren thermische

Speicherkapazität von Verglasungen

(15 mm PCM = 25 cm Betonwand)

Wirkungsweise:

• erhöhen den sommerlichen und

winterlichen Komfort (Überhitzung/

Auskühlung)

• erhöhen den Tageslichtanteil

• Sonnenschutz

Fassadenheizung:

• führen von Warmwasser in den Profilen

• verbessern die Behaglichkeit in Fassadennähe

• kann auch zum Kühlen genutzt werden

• wirkt Kondensation entgegen

• nicht zum Beheizen von Räumen

Dezentrale Zuluft

• Integration von Lüftungsger.ten dezentral in die

Fassade

• Temperierung von Zuluft, W.rmerückgewinnung

• Punktgenaue Versorgung von Räumen

Nachauskühlung

• Lüftungsklappen für kühle Aussenluft (Nachts)

• Kühlung der Speicherelemente z.B. Beton

• Tagsüber Entzug von Wärme = Kühlung

Flächenheizsysteme:

• Verlegung von Heizrohren oder andere Hohlprofilen an

den Wänden

• warmes Wasser heizt die Flächen auf und diese geben

die Wärme in Form von Strahlungswärme an den Raum

ab

• es wird ein gleichmäßiges Temperaturprofil erzielt

• große Heizfläche mit niedriger Vorlauftemperatur

• besonders für den Einsatz regenerativer Energien

geeignet in Verbindung mit einer Wärmepumpe

• können mittels eine Wärmepumpe oder einen

Kälteerzeuger auch im Kühlbetrieb gefahren werden

• Im Vergleich zu konventionellen Heizkörpern weisen

Flächenheizungen höhere Trägheit, geringere

Regelbarkeit und höhere Installationskosten auf.

Technologie:

• Phase Change Materials nutzen Latenterem

• PCMs speichern die bei der Aggregatzustandsänderung

freiwerdende Energie und umgekehrt

Wirkungsweise:

• simulieren eine nicht vorhandene thermische Masse

• gleichen Schwankungen im Raumklima aus

Materialien:

• Wachse, z.B. eingekapselt in Gipsplatten, Putzen,

Deckenplatten etc.

Zu- und Abluftführung

• Führung von Sekundärverteilung im statisch

toten Zwischenraum der Geschossdecke

• Grosse Einsparungen i.d. Geschosshöhe

möglich

• Vermeiden von Kreuzungen der Kanäle oder mit

anderen Gewerken, sonst grössere Höhe

notwendig

• Kritisch ist der Übergang zwischen vertikalem

Schacht und horizontaler Verteilung

• Einlegen von Kunststoffrohren in den Estrich für die

Flächenheizung (Fussbodenheizung)

• Ermöglicht grosse Heizflächen und damit niedrige

Vorlauftemperaturen

• Einlegen von Kupferrohren in die Geschossdecke,

zwischen die Bewehrungsschichten

• Thermischer Aktivierung der Bauteilmassen für die

langsame Abgabe von Wärme

• Träges System, langsame Reaktionszeiten

• Grosse Flächen ermöglichen niedrige

Vorlauftemperaturen

• keine abgehängte Decken möglich

• wasserführende Leitungen in abgehängter Decke

• kaltes Wasser entzieht dem Raum Wärme

• können mit Beleuchtungskörpern und akustischen

Elemente kombiniert werden

• kann zum Heizen und Kühlen genutzt werden

Prinzip:

• thermische Nutzung des (oberflächennahen)

Untergrundes

• Bei Gebäuden die eine Pfahlgründung benötigen, ist

eine zusätzliche geothermische Nutzung des

Untergrundes durch Energiepfähle möglich.

Funktionsweise:

• Energiepfähle fungieren als Wärmequellen (-senken)-

anlagen

• geothermisch aktivierte Ortbeton- oder Fertigpfähle,

Hohlpfähle oder Presspfähle, die an ein

Wärmepumpensystem angeschlossen sind

Prinzip:

• thermische Nutzung des (oberflächennahen) Untergrundes

• weitläufiges Rohrsystem, ca. einen Meter unter der

Erdoberfläche verlegt

• Erdregister fungieren als Wärmequellen (-senken)-anlagen

• geothermisch aktiviertes Rohrsystem, das an ein

Wärmepumpensystem angeschlossen sind

Sonstiges:

• Im Bereich der Kollektoren darf die Erdoberfläche nicht

verdichtet oder überdacht werden. Es darf dort also nicht

asphaltiert oder ein Schwimmbad installiert werden, jedoch

kann die Erdoberfläche bepflanzt werden.

• Erdregister verursachen geringe Materialkosten, sind einfach

zu verlegen und eignen sich insbesondere für Neubauten.

• Ein Nachteil ist, dass ein sehr grosser Flächenbedarf

erforderlich ist. Als Richtwert für den Flächenbedarf kann die

zweifache beheizte Wohnfläche angesetzt werden.