Grün cool Gebäudeklimatisierung durch Verdunstungsleistung von Pflanzen

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1 Grün cool Gebäudeklimatisierung durch Verdunstungsleistung von Pflanzen FLL Fachtagung Innenraumbegrünung Gartenbauzentrum Essen November 2009 Marco Schmidt Technische Universität Berlin Arbeitsgruppe Watergy Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen

2 Institut für Physik der Humboldt- Universität zu Berlin

3 Institut für Physik der Humboldt- Universität zu Berlin Kein R-Kanal, keine RW Ableitung außerhalb der Gebäudegrenzen Regenwassernutzung für die Gebäudeklimatisierung: - Fassadenbegrünung - adiabate Abluftkühlung 450 Kletterpflanzen in 150 Fassadenkübeln mit Anstaubewässerung, Vergleichsmessung zum EG 280 Sensoren im Monitoring ArchitektInnen: G. Augustin, U. Frank

4 Water Energy

5 680 kwh/ m³ (at 20 C) Water Energy

6 Natürliche Landschaft: 80% Verdunstung, 20% Grundwasserneubildung und Ablauf (Berlin: 680 mm, PET 760 mm) Urbane Räume: Verringerte Verdunstung Erhöhte thermische Strahlung Erhöhte sensible Wärme, urbane Hitzeinsel

7 Wasserhaushalt Verdunstung, (Oberflächen chen-) ) Abfluss, Grundwasserneubildung Hydrology of different surfaces [in mm] TU Berlin 100% 90% 80% 70% 60% 50% % 30% 20% 10% 0% Groundwater Recharge Surface Runoff Evapotranspiration

8 Versickerung von Regenwasser In urbanen Gebieten ist die Grundwasserneubildung nicht grundsätzlich reduziert!

9 Weltenergieverbrauch after Greenpeace / S. Krauter 2006

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11 Global Radiation Balance Energy balance, daily mean Condition Sustainable land use Stopping deforestation Global Radiation 4514 Wh Reflection 328 Wh Evaporation ( Heat (Latent 1888 Wh Sensible Heat 575 Wh Reduction of urbanization Marco.Schmidt@TU-Berlin.de Increased Thermal Radiation 1724 Wh Net Longwave (Thermal) Radiation7776 Wh Net Radiation 2462 Wh Main Influencing Factors: Vegetaition Precipitation Soil fertility ØDaily Global Mean in Wh/m² source: Energiebilanz eines Quadratmeters Globales Mittel, Tagessumme

12 Rio de Janeiro 2006

13 Verringerte Verdunstung in urbanen Gebieten erhöht die thermische Strahlung und wandelt bis zu 95% der Strahlungsbilanz in sensible Wärme Asphalt roof Energy balance, daily mean Global Radiation 5354 Wh Niederschlag Reflection 482 Wh Evaporation ( Heat (Latent 123 Wh Disadvantages Sensible Heat 1827 Wh Uncomfortable microclimate Low durability of the sealing of the roof High surface runoff, low evapotranspiration Pollution of the surface waters Marco.Schmidt@TU-Berlin.de Increased Thermal Radiation 2923 Wh Net Longwave (Thermal) Radiation 7555 Wh Net Radiation 1949 Wh Main Influencing Factors: ( Albedo ) Surface colour Heat capacity of the surface Exposition Ø Daily Mean in Wh/m² June-August 2000 UFA-Fabrik Berlin-Tempelhof

14 Energie Diskomfort innerhalb von Gebäuden Erhöhter Energieverbrauch bei der Gebäudeklimatisierung

15 Steigerung des Energieverbrauchs bei der Gebäudekühlung in Europa 400% 350% 300% 250% Germany (%) Greece (%) France (%) Spain (%) Italy (%) EU Total (% and Kt CO2/a) Kt CO2 (EU Total) % % 100% M.Schmidt 2006 after: EECCAC 4/ Source: Energy Efficiency and Certification of Central Air Conditioners (EECCAC) Study for the D.G. Transportation-Energy (DGTREN) of the Commission of the E.U.

16 Klimatisierung über Strom 35 kwh Kälte 16 kwh Elektrizität (COP 2,2) 51 kwh Sensible Wärme

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19 Innenraumbegrünung nung Sommerfall Verdunstung 3mm/d 3 mm/tag = 300 Liter/ 100 m²: 200 kwh / Tag Bei einem COP von 2,2: 20 Kühlleistung/ Tag Energietransport über latente Wärme

20 100 m²: m 200 kwh / Tag COP 2,2: 20 Wasserkosten: 0,3 m³ m = 0,50

21 Verdunstung der Fassadenbegrünung Adlershof Physik Verdunstungskälte: 280 kwh pro Fassade und Tag 30 [mm/d] [kwh/m²d] Hof 5, 1.OG Hof 5, 2. OG Hof 5, 3. OG Südfassade, 1.OG 13.6 Südfassade, 2.OG 15 Südfassade, 3.OG :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

22 Sixth Framework Programme FP INCO-MED/SSA-2 Buoyancy tower Cooling duct Evaporation layer Shading Vegetation zone

23 Free air circulation cycler-support.net

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25 Ergebnisse Bewässerung mit ~1,5 l/m² bei ~65% Wasserrückgewinnung Reduzierung des Gesamtwasserbedarfs auf ~ 0,5 l / m2 Vergleichbare konventionelle Gewächsh chshäuser: : 2-3 l / m2 Wasserautarkie wurde erreicht durch Reduzierung des Verbrauchs unter das verfügbare Niederschlagsdargebot der Region

26 Hauptergebnis Pflanzenproduktion in geschlossenen Gewächsh chshäusern ermöglichen Vegetationsperioden Vollständiger Verzicht auf Pestizide möglichm CO2 Düngung bei 4 facher Konzentration ermöglicht Verdoppelung des Ertrags bei Verringerung der Atmung der Pflanzen und damit des Wasserverbrauchs cycler-support.net/

27 Winterfall Verdunstung 3mm/d 3 l/tag = 0,54 m³/ Jahr (Heizperiode): kwh / m²jahr Vergleich Endenergiebedarf für MFH nach EnEV 2009: 70 kwh / m²jahr!

28 Cargo Lifter Tropical Island

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30 66000 m² m

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34 Tropical Islands: von m² m begrünt Verdunstung 3mm/d 3 L/Tag * m² = 72 m³/ d: kwh / Tag = 3917 (0,08 /kwh) 72 m³/ d * 180 Tage (Heizperiode): m³ m = 8800 MWh =

35 Winterfall Wärmerückgewinnung der latenten Wärmeverluste nur durch hocheffiziente Lüftungsanlagen möglich a) Sorptionsräder b) Trocknung über Sole

36 Null-Heizenergiegeb Heizenergiegebäude in Berlin-Dahlem

37 WATERGY Prototype 2

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43 Wärmetauscher: NSW Nor Pac 1 ½ 140 m²/m³ 350 /m³ Salzlösung: MgCl 6 m³ bei 33% (Sommer) 9 m³ bei 22% (Winter) 6m³: ca. 500 (LiCl teuer!)

44 Umbau zu saisonaler thermo-chemischer Speicherung auf Basis von Magnesiumchlorid Speicherkapazität sensibler Wärme je m³ Wasser: 68 kwh Energieübergang bei Verdunstung/ Kondensation/ Absorption je m³: 6800 kwh Weiterer Vorteil: kein Transmissionswärmeverlust Reduzierung Speichervolumen des Saisonalspeichers von 35 m³ m auf 9 m³ m

45 Feuchtluft-Solarkollektor Isolierglas Perforierte Zwischenfolie Biberschwänze (befeuchtet)

46 Winter: Thermisches Beladen des Speichers Wasser aus Zisterne

47 Wärmerückgewinnung latenter WärmeverlusteW Verunstung Einfamilienhaus: 10 l/tag = 1,8 m³/ Jahr (Heizperiode): 1200 kwh / Jahr = 12 kwh/ (m² a) Wärmerückgewinnung durch Reduzierung von Lüftungsverlusten, Lüftung konzentriert auf CO 2 als Indikator für den notwendigen Luftwechsel

48 Watergy-Team Markteinführung voraussichtlich 5/2010

49 (im Druck)

50 Globale Reduzierung der Verdunstung (täglich): Verlust an Wäldern: Urbanisierung: Wüstenbildung: 350 km² 150 km² 300 km²

51 Agadir, Marokko 5/2008

52 Agadir, Marokko 5/2008 Agadir, Morocco today compared to descriptions by ancient Greek geographer Strabo: "all of the [land] between Carthage and the Pillars of Hercules [from Tunis to the Atlantic ocean] is of an extreme fertility." Morocco was often singled out as "one of the most beautiful and fertile countries of the earth" and was frequently described as "one of the granaries of Rome"

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54 Kleiner und großer Wasserkreislauf Kravcik et al 2007,

55 Palaeogeography: we dry out the planet We dry out the planet!

56 Korrelation CO2 - Globaltemperatur

57 Photosynthese bestimmt die Konzentration von CO 2 in der Atmosphere Emission 5 Gt/a 20,9% O 2 0,038% CO 2 Respiration 60 Gt/a

58 Erneuerbare Energie?

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60 Kontakt TU Berlin A 59 Institut für Architektur Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen Arbeitsgruppe Watergy Strasse des 17. Juni Berlin marco.schmidt@tu-berlin.de

61 Vielen Dank! waterparadigm.org ourclimate.eu