Evaluation baukonstruktiver und anlagentechnischer Sanierungsmaßnahmen für Bestandsgebäude

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1 Evaluation baukonstruktiver und anlagentechnischer Sanierungsmaßnahmen für Bestandsgebäude Davide Calì EBC Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate

2 Copyright "Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt" Das Quartier Davide Calì Folie 2

3 Copyright "Stadt Karlsruhe, Liegenschaftsamt" Projektziele innovative Gebäudesanierung Umsetzung von Innovationen: Bereich Baukonstruktion + TGA Regelungstechnik / Betriebsoptimierung Nutzerinfo / Verhaltensbeeinflussung Besonderheiten: Vergleichbarkeit von Maßnahmen 90 Wohneinheiten Umfassende Messtechnik Davide Calì Folie 3

4 Gebäudenummerierung Davide Calì Folie 4

5 Bestandssituation der Gebäude Quelle: E.ON ERC EBC Davide Calì Folie 5

6 Grundriss Eingang A Eingang B Eingang C Davide Calì Folie 6

7 Standardsanierung Volkswohnung Karlsruhe Baukonstruktion: Fassade mit Wärmedämmverbundsystem 14 cm; = 0,035 W/mK oberste Geschossdecke 14 cm; = 0,035 W/mK Kellerdecke 7 cm; = 0,035 W/mK Kunststofffenster mit Isolierverglasung U w = 1,3 W/(m²K) Anlagentechnik: Zentrale Heizungsanlage Zentrale Warmwasserbereitung Kontrollierte Abluft mit Zuluftelementen im Fensterrahmen Davide Calì Folie 7

8 Außenfassade nach der Standardsanierung Davide Calì Folie 8

9 Sanierungsvarianten (Auswahl) für das Gesamtkonzept Baukonstruktion Wärmedämmung =0,021 W/mK / Vakuumdämmung =0,006 W/mK Passivhausfenster U w = 0,8 W/m²K Sonnenschutz inkl. Tageslichtlenkung PCM Platten Anlagentechnik Dezentrale Heizungspumpen Maschinelle Lüftung (verschiedene Systeme, zentral / dezentral) Wärmepumpe (Wärmequelle: (Ab-) Luft, CO 2 Erdwärmesonden) Niedertemperatur Trinkwarmwasser Davide Calì Folie 9

10 Eindrücke von der Baustelle Vakuumdämmung =0,006 W/(mK) mit EPS Deckschicht Zentrale Lüftung im Dachgeschoss mit WRG Resol-Hartschaum =0,021 W/(mK) Zulassung im Einzelfall(2009) Dezentrale Lüftung Wohnungsstation Davide Calì Folie 10

11 Primärenergiebedarf Q P der sanierten Varianten Riegel 1 Riegel 2 Riegel 3 C B A C B A Riegel 1 C B A Riegel 2 150% 163% 142% 187% 186% 179% Riegel 3 Sanierung 100% Davide Calì Folie 11

12 Detaillierte messtechnische Untersuchung Davide Calì Folie 12

13 Datenbank Grafische Oberfläche der Software für die Erstellung einer HDF5-Datenbank Davide Calì Folie 13

14 Strukturierung der Messdaten (HDF 5) Ebene (E) 1: Gebäude 1 Gebäude 2 Gebäude 3 Simulation E 2:Gebäude: Eingang A Eingang B Eingang C Wetter E 3, 6, Eingang: Bauteil: WG 1 WG 2 WG 3 WG 4 WG 5 WG 6 WG 7 WG VT 1 WG 2 RT WG 3 WG 4 VS WG 5 WILO WG 6 WG 7 E 7, WG VTK 8 WG 9 RTK WG10 KEL. MS TREP. EL SHS Komponente: E 4, Wohnung: Kind Küche Bad Wohnen Schlafen Kind Küche Bad Wohnen Schlafen Flur Verteiler WWV K WWV B E 5, Raum: RU VOC CO 2 E 5, Raum: ORT RU VOC CO2 Heizkörper Fenster LX AWT Schücogerät Davide Calì Folie 14

15 Auswertungstool Bildschirmoberfläche HDF-Tables-EBC mit eingeblendeter Rechenfunktion Davide Calì Folie 15

16 Technische Einschränkungen Gegenüberstellung der Set- (vom Nutzer eingestellt) und Raumtemperatur im Kinderzimmer in R2.E3.W3 (ausgestattet mit Fußbodenheizung) Darstellung der Vor- und Rücklauftemperatur für die Fußbodenheizung und das relative Durchflussvolumen Davide Calì Folie 16

17 Raumtemperatur, C Technische Einschränkungen Abweichung der gemessenen Raumtemperaturen im Messmodul (rot) und Temperaturregler (blau) Raum Temp K Raum Temp. Raum Temp. WILO Davide Calì Folie 17

18 Dynamische Simulationen des Gesamtsystems Wohnzimmer Kinderzimmer Baukonstruktion Wärmeübergabe/Trinkwarmwasser Regelung/Nutzerinterface Lüftung Wärmeerzeugung Flur Solaranlage Schlafzimmer Bad Küche Treppenhaus WRG Speicher Fernwärme Davide Calì Folie 18

19 Modellierungsbeispiel: Die Fußbodenheizung Temperaturverteilung innerhalb des Fußbodensmodell Davide Calì Folie 19

20 Simulationsrandbedienungen Außentemperaturverlauf und Monatsmittelwerten, KR Davide Calì Folie 20

21 Simulationsergebnisse Punktewolke des Stundenmittels der simulierten Heizleistung im Eingang 43 über der Außentemperatur Davide Calì Folie 21

22 Simulationsergebnisse Gegenüberstellung des statisch und dynamisch berechneten Heizenergiebedarfs sowie der Messwerte für den Eingang E1 Riegel R Davide Calì Folie 22

23 Simulationsergebnisse Einfluss der solaren Strahlung und der Windgeschwindigkeit auf den Wärmebedarf Davide Calì Folie 23

24 Simulationsergebnisse Einfluss der internen Gewinne und der Luftwechselrate auf den Wärmebedarf Davide Calì Folie 24

25 Simulationsergebnisse Einfluss der Solltemperatur auf den Wärmebedarf Davide Calì Folie 25

26 Auswertung der Messdaten Davide Calì Folie 26

27 Auswertung der Messdaten Gegenüberstellung der Wärmepumpe mit CO 2 -Sonden R3.E1, Master- WP R3.E2 und die Außenluft-Wärmepumpe R3.E3 im Zeitraum von Juli bis Dezember Davide Calì Folie 27

28 Auswertung der Messdaten Gesamtwärmeverbrauch pro Monat für das Jahr 2011 für Riegel Davide Calì Folie 28

29 Auswertung der Messdaten Gegenüberstellung der benötigten Hilfsenergie für den Riegel R Davide Calì Folie 29

30 Auswertung der Messdaten Primärenergieaufteilung für den Riegel R2 pro Eingang, E1 (blau), E2 (rot), E3 (grün) Davide Calì Folie 30

31 Auswertung der Messdaten Energiebilanz für Riegel R2, Eingang E2 und E3 R2.2 R2.3 TWW-Keller kwh Wärme /m² Nutzfläche Heizung-Wohnung kwh Wärme /m² Nutzfläche Heizung-Verteilungsluste kwh Wärme /m² Nutzfläche Verluste Sek-Kreis und Speicherung kwh Wärme /m² Nutzfläche Hilfsenergie kwh Strom /m² Nutzfläche Davide Calì Folie 31

32 Auswertung der Messdaten Heizkurve für Riegel R2, Eingang E1, drei Wohnungen (links); Gegenüberstellung des Heizenergieverbrauchs für alle Wohnungen des Riegels R2 (rechts) Davide Calì Folie 32

33 Auswertung der Messdaten Heizenergieverbrauch den Riegel R2 und R3 für Dezember Davide Calì Folie 33

34 Auswertung der Messdaten Chromatische Darstellung für den Riegel R2 im Dezember Davide Calì Folie 34

35 Auswertung der Messdaten Chromatische Darstellung für den Riegel R2 Eingang E1 im Dezember 2011 R3.E1 RT WRT SET MAX MIN RF CO 2 VOC F HW C C C C C % PPM - % kwh/(m N ²) W % 1.71 W % 0.77 W % 1.27 W % 5.18 W % 7.07 W % 1.29 W % 2.49 W % 0.08 W % 6.36 W % Davide Calì Folie 35

36 Auswertung der Messdaten Davide Calì Folie 36

37 Gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft und Forschung über den Projektträger Jülich, BauSim 2010 Forschungszentrum Davide Calì Folie 37 Jülich GmbH.

38 Simulationsergebnisse R3E1: Temperaturhäufigkeit während der Monate Januar bis April und September bis Dezember 2011 aller Räume des Eingangs Davide Calì Folie 38

39 Simulationsergebnisse R3E1: Monatsweiser Heizenergiebedarf für den Eingang Davide Calì Folie 39

40 Simulationsergebnisse R3E1: Monatsweiser Primärenergiebedarf der Wärmepumpen für den Eingang Davide Calì Folie 40

41 Detaillierte Messdatenauswertung Heizung- und Trinkwarmwasserverbrauch: Gegenüberstellung des Energieverbrauchs und -bedarfs im Riegel R2 für die Eingänge E2 und E Davide Calì Folie 41

42 Auswertung der Messdaten Heizkurve für die 3 Eingänge in Riegel 2 im November Davide Calì Folie 42