Untersuchung und Modellierung ausgewählter Parameter der Fassadentechnik und der Bauphysik auf die Nachhaltigkeit von Gebäuden

Transkript

1 Untersuchung und Modellierung ausgewählter Parameter der Fassadentechnik und der Bauphysik auf die Nachhaltigkeit von Gebäuden Gruppe 4: Elena Gann, Felix Wolff, Pavlin Tomov, Velizara Miteva

2 B = 3,28 m T = 5,71 m H = 3 m Modell Referenzraum

3 Gliederung Aufgabenstellung Optimierungsmodell Nebenbedingungen Gestaltung der Zielfunktion Implementierung Ergebnisse

4 Aufgabenstellung Ziel: Neugestaltung einer nachhaltigen Fassade Die Fassade soll die Behaglichkeit des Nutzers hinsichtlich Schallschutz, energetischem und sommerlichem Wärmeschutz sicher stellen. Auf Materialebene soll die geringste Umweltbelastung bei maximaler Dauerhaftigkeit gewährleistet werden. Die Konstruktion ist so wirtschaftlich wie möglich anzulegen.

5 Optimierungsmodell Gegeben: n verschiedene Fenstertypen (Verglasung mit Verschattung) m verschiedene Typen Dämm-Material Die Fassade setzt sich aus einer Kombination dieser Materialien zusammen. A F,i Fläche Fenstertyp i A AW,j Fläche Dämmungstyp j

6 Nebenbedingungen Fenstergröße Schallschutz

7 Nebenbedingungen Energetischer Wärmeschutz Sommerlicher Wärmeschutz

8 Nebenbedingungen Tageslichtversorgung I Tr -Transparenzindex I Rt Raumtiefenindex

9 Nebenbedingungen Transparenzindex Tageslichtversorgung Raumtiefenindex

10 Nebenbedingungen Tageslichtversorgung Problem: A TL abhängig von Fensterhöhe und -breite Linearität geht verloren Lösung: Setze den Tageslichtbereich konstant auf a TL = Tund b TL = B a TL -Tiefe des Tageslichtbereich b TL - Breite des Tageslichtbereich

11 Nebenbedingungen 1. Bedingung für a TL = T : Es gilt: Mit Daraus folgt: Tageslichtversorgung Untere Schranke für die Sturzhöhe h St

12 Nebenbedingungen 2. Bedingung für b TL = B : Es gilt: Daraus folgt: Tageslichtversorgung Untere Schranke für die Fensterbreite b F

13 Nebenbedingungen Problem: Lösungen können mehrere Fenster- und Dämmungstypen enthalten Idee: Führe für jeden Materialtyp eine Binärvariable ein, die genau dann den Wert 1annimmt, falls der zugehörige Materialtyp verwendet wird:

14 Zielfunktion Gesamt-Zielfunktion: Kosten pro Jahr Z F -Kosten/Jahr für Fenster (Verglasung und Verschattung) Z AW -Kosten/Jahr für Dämmung Z K - Energiebedarf/Jahr für Kühlung Z H - Energiebedarf/Jahr für Heizung ω K - Preis/kWh für Kühlung ω H - Preis/kWh für Heizung

15 Zielfunktion Kosten für Fenster Materialkosten Verglasung: Materialkosten Verschattung:

16 Zielfunktion Kosten für Dämmung Materialkosten Dämmung:

17 Zielfunktion Kühl-und Heizkosten Berechnung des jährlichen Heiz- und Kühlenergiebedarfs Wärmegewinne: Wärmeverluste: Wärmebilanz = nutzbare Gewinne - Verluste Monatsenergiebedarf = Wärmebilanz Stunden pro Tag Arbeitstage Heiz-/Kühlenergiebedarf im Jahr= Monatsenergiebedarf

18 Zielfunktion Kühl-und Heizkosten Betrachte den durchschnittlichen Wärmestrom in den Raum im p-ten Monat: - durch Verschattung angepasster Wärmedurchgangskoeffizient

19 Zielfunktion Kühl-und Heizkosten Erforderliche Kühlenergie pro Jahr: Erforderliche Heizenergie pro Jahr:

20 Implementierung Berechnung der Koeffizienten und Aufstellen des LPs durch ein Java-Programm Parameter werden aus einer externen Datenbank gelesen Vorteil: Anpassung ohne Ändern des Programmcodes möglich Löser: lp_solve

21 Eingabeparameter Referenzraum Eingabeparameter Kosten für CO2 Emission 50 /t Kosten für PEI erneuerbar 0,50 /kj Kosten für PEI nicht erneuerbar 2 /kj Kosten für Heizung 0,14 /kwh Kosten für Kühlung 0,18 /kwh Dicke der Dämmschicht 24 cm Minimaler Tageslichtquotient 6%

22 Verglasung Verschattung Ergebnisse Referenzraum Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 5,731 qm Dämmung EPS - Platte 4,109 qm Anteile Preis/Jahr Materialkosten 18,38 Mehrkosten CO2 0,65 Mehrkosten PEI 0,50 Heizkosten 128,72 Kosten für Kühlung 11,8 Summe 160,05

23 Ergebnisse Referenzraum Für den Referenzraum ergeben sich folgende Einschränkungen an das Fenster: 1. Sturzhöhe: h St > 2,6272 m 2. Unterer Fensterabschluss: 0,6 m < h U < h Ne = 0,8 m 3. Fensterbreite: b F > 0,425 m 4. Fensterhöhe: h F > 1,8272 m

24 Ergebnisse Referenzraum Breite: 3,08 m Höhe: 1,86 m

25 Verglasung Verschattung Ergebnisse Fassadenorientierung Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 5,731 qm Dämmung EPS-Platte 4,109 qm Preis/Jahr Anteile Süd Nord Materialkosten 18,38 18,38 Mehrkosten CO2 0,65 0,65 Mehrkosten PEI 0,50 0,50 Heizkosten 128,72 138,98 Kosten für Kühlung 11,8 6,74 Summe 160,05 165,25

26 Verglasung Verschattung Ergebnisse Vertikale Raumposition Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 5,731 qm Dämmung EPS-Platte 4,109 qm Kosten/Jahr Anteile OG 1. Etage EG Materialkosten 18,38 18,38 18,38 Mehrkosten CO2 0,65 0,65 0,65 Mehrkosten PEI 0,50 0,50 0,50 Heizkosten 128,72 87,21 111,98 Kosten für Kühlung 11,8 11,36 11,45 Summe 160,05 118,10 142,96

27 Verglasung Verschattung Dämmung Ergebnisse Dicke der Dämmschicht Dreischeiben-Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 12 cm 24 cm 36 cm PUR EPS EPS 5,731 qm 4,109 qm Kosten/Jahr Anteile 12 cm 24 cm 36 cm Materialkosten 18,17 18,38 20,02 Mehrkosten CO2 0,35 0,65 0,84 Mehrkosten PEI 0,29 0,50 0,64 Heizkosten 132,97 128,72 126,77 Kosten für Kühlung 11,89 11,8 11,76 Summe 163,67 160,05 160,03

28 Ergebnisse Tageslichtversorgung Mittel Verglasung Verschattung Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 4,185 qm Dämmung Backkork - Platte 5,655 qm Preis in Euro/Jahr Anteile D Rb > 6% D Rb > 4% Materialkosten 18,38 18,94 Mehrkosten CO2 0,65 0,21 Mehrkosten PEI 0,50 0,16 Heizkosten 128,72 124,54 Kosten für Kühlung 11,8 9,26 Summe 160,05 153,12

29 Ergebnisse Tageslichtversorgung Mittel Breite: 2,1387 m Höhe: 1,986 m

30 Eingabeparameter Hohe Umweltkosten Eingabeparameter Preise I Preise II Kosten für CO2 Emission 50 /t 5000 /t Kosten für PEI erneuerbar 0,50 /kj 50 /kj Kosten für PEI nichterneuerbar 2 /kj 200 /kj Kosten für Heizung 0,14 /kwh 0,14 /kwh Kosten für Kühlung 0,18 /kwh 0,18 /kwh

31 Verglasung Verschattung Ergebnisse Hohe Umweltkosten Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 5,731 qm Dämmung Backkork - Platte 4,109 qm Kosten/Jahr Anteile Preise I Preise II Materialkosten 18,38 20,84 Mehrkosten CO2 0,65 27,65 Mehrkosten PEI 0,50 21,82 Heizkosten 128,72 128,72 Kosten für Kühlung 11,80 11,80 Summe 160,05 211,28

32 Verglasung Verschattung Ergebnisse Nur einmalige Kosten Dreischeiben- Wärmeschutzglas Außenraffstore, feststehend 5,731 qm Dämmung EPS - Platte 4,109 qm Anteile Preis/Jahr Materialkosten 18,38 Mehrkosten CO2 0,65 Mehrkosten PEI 0,50 Heizkosten 0 Kosten für Kühlung 0 Summe 19,53

33 Verglasung Verschattung Ergebnisse Nur laufende Kosten Dreischeiben- Wärmeschutzglas Rollladen, außen 5,731 qm Dämmung PUR - Platte 4,109 qm Anteile Preis/Jahr Materialkosten 0 Mehrkosten CO2 0 Mehrkosten PEI 0 Heizkosten 126,59 Kosten für Kühlung 11,79 Summe 138,38

34 Danke für Ihre Aufmerksamkeit