Integrale Planung von Bildungsbauten

Transkript

1 Integrale Planung von Bildungsbauten Optimierung von Raum und Bau mit digitalen Modellen Prof. Dr. Klaus Peter Sedlbauer Lehrstuhl für Bauphysik Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt Technische Universität München Institutsleiter Fraunhofer-Institut für Bauphysik Stuttgart, Holzkirchen, Nürnberg

2 Was ändert sich? Mega-Trends Bevölkerungswachstum Ca. 9 Milliarden Menschen 2050 Verstädterung jeder 2. Mensch wohnt in der Stadt Neue Arbeitsstrukturen, demografischer Wandel Neue Anforderungen an Gebäude/Städte Umwelt und Klima Konsequenzen schon heute sichtbar Energie Energie wird immer rarer und teurer Gebäude Erheblicher Anteil an den Ressourcen

3 Herausforderungen Klimawandel Erneuerbare Energien, Energiespeicher Ressourcengerechtes Bauen Digitalisierung Mensch Gebäude Leistung

4 Klimawandel Global temperature anomalies for 2015 compared to the baseline was the warmest year in the NASA/NOAA temperature record, which starts in It has since been superseded by 2016 (NASA/NOAA; 20 January 2016).

5 Klassische Energieversorgung

6 Erneuerbare Energieversorgung Martina Nolte, CC-by-sa-3.0

7 Meilensteine des energiesparenden Bauens

8 Aus dem Solarhaus der 1. Generation.

9 ... wird last but not least das Plus-Energiehaus (2011 )

10 Besonderheiten von Schulbauten: Hohe Belegungsdichte Temporäre Nutzung Bauphysik vs. normative Mindestanforderungen Integrale Planung

11 Noten abhängig vom Klassenraum? Problem: Folge: Schallharte Flächen Sprachverständlichkeit zu gering Nachhallzeit zu groß

12 Auswirkung der Nachhallzeiten in Klassenräumen Chronische Wirkungen unterschiedlich langer Nachhallzeiten auf kognitive Grundfunktionen 12 Leistung von Zweitklässlern beim Kategorisieren von Lauten Nachhallzeit <=0,65s Nachhallzeit 0,66s - 0,95s Nachhallzeit <=0,95s (Test unter gleichen Nachhallbedingungen) richtig (von 16) N1 = 103 N2 = 168 N3 = 92

13 Schallabsorber Poröse Absorberfläche reduzieren und neu gestalten Thermisch gilt: Je weniger Akustik, desto besser.

14 Absorberstreifen Periodische Absorberstreifen in schallharter Fläche versenkt (ggf. verputzt) Absorberschicht = Dämmschicht: Funktioniert nicht!

15 Thermische Behaglichkeit nach DIN EN ISO 7730 Beschreibung durch: PMV: Vorhergesagtes Mittleres Votum (Predicted Mean Vote) PPD: Vorhergesagter Anteil Unzufriedener (Predicted Percentage of Dissatisfied) Aus Kombination der Klimaparameter Wärmedurchgang bei Kleidung Aktivität Optimale Randbedingungen: mind. 15 % Unzufriedene

16 Thermische Behaglichkeit Sensorik für die Gebäudeautomation Wärmeregulation durch: Wärmeleitung Konvektion Verdunstung Wärmestrahlung

17 Luftqualität im Raum CO 2 als Indikator Pettenkofer-Wert ppm ppm ppm ppm

18 Stoßlüften im IBP Schulhaus Stoßlüften nur in 5min-Pausen nach 45min-Stunde nicht ausreichend! Test der Eignung von Fassadenvarianten für automatisierte Fensterlüftung

19 Sonnen- und Blendschutz lichttechnisch bewerten Verbesserung der lichttechnischen und energetischen Fassadenplanung Darstellung Lichtverteilung in DIALux Goniophotometer Lamellensystem in Simulation

20 Generierte Aliens in Kreativitätsaufgaben sehr kreativ mittelmäßig kreativ Steidle & Werth, 2013 gar nicht kreativ

21 Licht Leistung (z-transformierte Werte, je höher, desto besser) (lux) 500 (lux) 150 (lux) Hell Kontrollgruppe Dunkel Logisches Denken Kreativität Quelle: Steidle, Hanke & Werth, under review Interaktion: F(2, 138) = 9.45, p <.01, η p 2 =.20 Logisches Denken: F(2, 137) = 3.21, p <.05, η p 2 =.05, Kreativität: F(2, 137) = 7.21, p <.01, η p 2 =.09

22 Zielgrößen Mensch (Gesundheit, Leistung, Wohlbefinden) Digitalisierung Ökonomie Energieeffizienz Bau- und Produktionsprozesse Ökologie Ressourceneffizienz

23 Bauen BIM Digitaler Gebäudezwilling Identifizieren und Heben der Potenziale von Prozessabläufen Mehrwert der Methode durch Simulation der Nutzungsphase HYGROTHERMIK - WUFI BIM GANZHEITLICHE BILANZIERUNG RAUMKLIMA-VEPZO AKUSTIK LICHT/EnEV CHEMIE/BIOLOGIE

24 Digitaler Gebäudezwilling Validierte physikalische und statistische Gebäudeund Anlagenmodelle Ermittlung von Material-, Bauteil- und Systemkennwerten Datenbanken für thermische, hygrische und Lebenszyklus-Kennwerte Durchführung komplexer Gebäude- und Anlagentechniksimulation Innovative Sensorsysteme und Anbindung an die Gebäudeautomation Verknüpfung von Datenbanksystemen zentraler BIM- Lösungen, Messdatenbanken und Gebäudesimulationsmodellen Entwicklung von Nutzerschnittstellen und semantischer Datenverknüpfungen Bewertungsmethoden für die energetische, hygrische, raumklimatische und akustische Beurteilung

25 Building Performance Optimization Kombination mehrerer Zielgrößen Energieeffizienz Nutz-, Endenergiewerte aus dynamischer instationärer Simulation kwh kwh n ϑ kwh Ökonomie Lebenszykluskosten n ϑ thermische Behaglichkeit Übertemperaturgradstunden auf Basis von Operativtemperaturen n ϑ kwh n ϑ

26 BIMiIBP Beispiel: Schulhaus Eckdaten Einstöckiges Schulgebäude auf dem Gelände des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik in Holzkirchen 2 gleich große Klassenzimmer Verfügbarkeit von ausführlichen Messdaten Bekannte Konstruktion erlaubt die Entwicklung und Bewertung einer Vorgehensweise in einer kontrollierten Umgebung

27 BIMiIBP Beispiel: Schulhaus Temperaturverteilung im Schulhaus nach 100 min (Variante 5) inklusive Kennzeichnung der gekippten Fenster

28 Systemlösungen Einrichtung einer virtuellen Entwicklungsplattform ISO-Container

29 Schulkongress für die Optimierung von Schulbauten 3Workshops

30 Schulkongress für die Optimierung von Schulbauten 3Workshops

31 WORKSHOP: SCHULBAU INTEGRAL

32 Nachhaltigkeit in Schulen Besondere bauphysikalische Anforderungen für Schulen in der Zertifizierung Innenraumhygiene Hohe CO 2 -Konzentration Lüftungssystem Akustischer Komfort Hohe Ansprüche an Kommunikationsbedingungen Berechnung der Nachhallzeit Was fehlt: Sprachverständlichkeit (Bezug zum Störgeräuschpegel)

33 WORKSHOP: VIEL RAUM FÜR LEISTUNG

34 Aktuelles aus der Forschung zu»menschen in Räumen«Physikalische Umgebung Mediierende Prozesse Leistung und Verhalten Implementierung Klima Licht Geruch Akustik Umwelt Technologie Physiologische Prozesse Psychologische Prozesse Kognition Motivation Affekt Moderatoren wie Alter, Geschlecht, Kultur Persönlichkeitseigenschaften Einstellungen Wirkung auf Produktivität Gesundheit und Wohlbefinden Personenwahrnehmung Soziale Interaktion Konsumentenverhalten Patente Produktentwicklung Beratung

35 WORKSHOP: ENERGIEEFFIZIENZ TAG 1

36 WORKSHOP: ENERGIEEFFIZIENZ TAG 2