Prof. Günter Pfeifer Technische Universität Darmstadt Fachbereich Architektur Fondation Kybernetik. Pfeifer Kuhn Architekten Freiburg

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1 Prof. Günter Pfeifer Technische Universität Darmstadt Fachbereich Architektur Fondation Kybernetik Pfeifer Kuhn Architekten Freiburg

2 Teil 3 Kybernetische Gebäudekonzepte Bürogebäude kirchliche Bauten

3 Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene der Universität Freiburg pfeifer.kuhn.architekten Kybernetische Gebäudezonierung, offener Grundriss, Installationskerne als Tragfunktionen, Laborinstallationen vor der Nordfassade. Luftkollektoren über die gesamte Südseite, sowie Teile der Ost- und Westfassade, Energiegärten, Bauteilaktivierung in Verbindung mit Erdregister / Wärmerückgewinnung

4 Der offene Grundriss mit den Energiegärten. Installationsschächte außen -Nordseite

5 Südseite mit dem 3- geschossigen Luftkollektor - Speichermasse Holz / Energiegärten

6 Energiegärten innen

7 Bauteilaktivierung Erdregister

8 Erdwärmeregister Rohrschlangen unter der Sole

9 Innen - offen und verglast

10 Grundfunktionen Wärmen / Winterfall Erdwärme temperiert Betondecken. Energiegärten und Speichermassen = gute Klimapuffer Solar erwärmte Luft strömt über Luftkollektor in die Büros. Verbrauchte Raumluft strömt über Schächte ab. Die Energie wird über Wärmetauscher entnommen und dem Kreislauf wieder zugeführt.

11 Grundfunktionen Kühlen/Sommerfall Bauteilkühlung durch Bauteilaktivierung über Erdkollektor. Wärmetauscher wird mit gekühltem Wasser aus dem Erdregister versorgt. Die kühle Luft fällt über Schächte in die Bürozonen. Die erwärmte Lüft aus den Bürozonen wird über natürlichen Auftrieb im Luftkollektor nach außen abgezogen.

12 Natürliche Bürolüftung Winter Natürliche Bürolüftung Winter

13 Natürliche Bürolüftung Sommer

14 Energieschema System Energieversorgung RLT-Labor / Nebenräume Luftschächte innen (Kühlfall) Tagbetrieb WRG Bauteil-Kern- Temperierung (Heizund Kühlfall) Nachtbetrieb Alternative Statische Heizung (Heizkörper / Radialvektoren Luftschächte Fassade Süd-Ost (Heizfall) Einspeisung Fernkälte Alternative Wärmepumpe OPTION Einspeisung Fernheizung Fernkälte Fernheizung Rohrschlange

15 Temperaturverläufe Simulation Außenluft über Wärmetauscher

16 Co 2 -Emission

17 Süd und Südost - Luftkollektor mit der Holzwand

18 pfeifer.kuhn.architekten Faller PharmaServiceCenter in Binzen

19 Prozesswärme in Verbindung mit Speichermassen Beton zur Kühlung Luftkollektor über 100 % der Fassadenfläche Bauglas einfach in Verbindung mit Betonwände und Massivholzwänden zur Speicherung ohne Dämmung.

20 Das Gebäude funktioniert wie ein Schwarzwaldhaus Um die Wärmequelle lagern sich die verschiedenen Funktionen und profitieren von ihnen

21 Kontrolliert hinterlüftete Fassade

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23 Zentrum Verkündigung Markuskirche, Frankfurt am Main Kirche / Umbau / Gemeindezentrum / Bibliothek / Verwaltung Luftkollektor außen Hülle: Profilbauglas zweischalig

24 Alter Zustand

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26 Luftkollektor Fassade aus Profilgläsern: dynamische Dämmung auch als Verpackung des Altbaus

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29 Katholische Kirche St. Antonius, Stuttgart Kaltental Umbau / Liturgische Neuorientierung Hypokausten-Boden - Luftkollektor innen - Hülle: Stoff Architekten Pfeifer Roser Kuhn Freiburg

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33 Umgestaltung der St.Augustinus Kirche Heilbronn Neue Raumschale als Luftkollektor Architekten Pfeifer Kuhn Freiburg Modell des Wettbewerbes

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38 Spitalkirche Mannheim Energetische Sanierung Architekten: Erzbischöfliches Bauamt Heidelberg Konzept: Fondation Kybernetik TU Darmstadt / Balck & Partner Heidelberg

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40 Lüftung aus Luftkollektoren in Dachgaupen Wenn energetisch sinnvoll wird die Luft über die Luftkollektoren angesaugt und in Bodennähe in die Kirche eingeblasen. Damit wird die Speichermasse der Kirche bei Wärmeangebot aufgewärmt. Die Luftkanäle werden von den Dachgaupen über die Treppenhäuser in den aufgeständerten Boden geführt und an den Rändern ausgeblasen. Heizung über Fußboden Fernwärmeanschluss von den Stadtwerken Fußbodenheizung als Trockenbau unter Gestühl und Altarraum Schnell wirksame Aufheizung da wenig Speichermasse Verbesserte Wärmedämmung nach unten Regelung Temperatur und Feuchtevergleich des zwischen Kirche und Kollektor pro Dachfläche und Einbringen der warmen Luft wenn Potentional in den Kollektoren vorhanden. Damit wird die Auskühlung der Kirche über eine langen Zeitraum minimiert. Heizung wird nur benötigt, wenn das Wärmeangebot über die Lüftung nicht ausreichend ist. Durch flinkes Ansprechen der FB Heizung kurze Vorlaufzeiten

41 Fernwärme Warmluft aus Luftkollektor

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44 Simulationsergebnisse Bestandsgebäude Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6 Einbau Nutzung der Nutzung der Dämmung einer Kombination Kombination Dachgaubenwärme (Fläche Dachgaubenwärme der Decke Vorsatzscheibe Variante 1, 2 Variante 1, 2, 3 vergrößert)* Maßnahmen Beheizung währende der Nutzung (15 C) / außerhalb der X X X X X X X Nutzung (9 C) ohne Beheizung Dämmung der Geschossdecke (10 cm MW) X X X Vorsatzscheibe (1,7 W/m²K) X X X Lüftung über Dachgauben X X Lüftung über vergrößerte Dachgauben* X Simulationsergebnisse Heizenergiebedarf [kwh/a]** Max. Heizleistung [kw] Minimaltemperatur [ C] 8,2 8,3 8,4 8,5 8,5 8,8 8,5 Maximaltemperatur [ C] 25,6 25,2 23,8 25,4 23,4 23,5 26,1 Heizenergieeinsparungen bezogen auf das Bestandsgebäude in Prozent 8,3% 15,0% 41,0% 22,9% 67,3% 44,0% * Die Dachgaubengröße auf der Südseite des Gebäudes wurde verdreifacht. ** Nach DIN wird hierbei Nutzenergiebedarf ausgewiesen.

45 Simulationsergebnisse Bestandsgebäude und Variante 5 Bestandsgebäude Variante 5 30 C 30 C 20 C 20 C 10 C 10 C C C -10 C Jan. Feb. Mrz. Mai. Jun. Aug. Sep. Nov. Dez. -10 C Jan. Feb. Mrz. Mai. Jun. Aug. Sep. Nov. Dez. Außentemperatur C Raumtemperatur C Außentemperatur C Raumtemperatur C

46 Liebfrauenkirche Duisburg Architekt Toni Hermanns1963 Energetische Sanierung Umwandlung Versammlungsstätte Architekt: Prof. Hannes Hermanns, Kleve Konzept: Fassade Fondation Kybernetik TU Darmstadt Prof. Günter Pfeifer Energetische Simulation : Balck & Partner

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53 Stadtbibliothek Rheinfelden 2010 Architekten: Pfeifer Kuhn Freiburg

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59 Energetische Sanierung Generalvikariat Fulda Architekten: Arge Pfeifer Kuhn Schönherr Juli Freiburg / Fulda mit Balck und Partner Gefördert von der Deutschen Stiftung Umwelt (DBU)

60 Konzept: Solarthermie integriert in Polycarbonatplatten - Kastenfensterprinzip

61 Winter trüber Tag

62 Winter sonniger Tag

63 Sommer - Nacht

64 Sommer - Tag

65 Kälteenergieenergieezeugung Übergangszeit Kälte Verbraucher Solarkollektoren Nachtkühlung Kälte Speicher Kältepumpe PCM Speicher

66 Wärmeenergieenergieezeugung Winter Solarkollektoren Wärme Verbraucher Hzg Speicher Wärmepumpe PCM Speicher

67 Kälteenergieenergieezeugung Übergangszeit Kälte Verbraucher Solarkollektoren Nachtkühlung Kälte Speicher Kältepumpe PCM Speicher

68 Kälteenergieenergieezeugung Sommer Kälte Verbraucher Solarkollektoren Nachtkühlung Kälte Speicher Kältepumpe PCM Speicher

69 Konzept vorläufiges Simulationsergebnis Maßnahmen Geschossdecke zum Dach wird gedämmt WLG mm Dach aus Polycarbonat U W = 1,55 W/m²K AW wird von innen mit einer Dämmung versehen WLG innen mm wird eine Vorsatzscheibe flächig moniert U W = 1,20 W/m²K Fenster EG / OG werden ausgetauscht U W = 1,20 W/m²K (statt vorher 2,1 W/m²K) Bestandsgebäude Maßnahmenpaket Variante 1 X X X X X Ergänzung einer RLT mit einem WRG von 50 % Wärmenutzung des Fassadenzwischenraumes nach techn. Konzept Simulationsergebnisse Zone Gesamtgebäude Gesamtgebäude Büro UG Bunker Büro UG Bunker (EG, 1. OG) (Archiv) (EG, 1. OG) (Archiv) Lüftungsverluste [kwh/a] Wandverluste [kwh/a] Dachverluste [kwh/a]* Erdreichverluste [kwh/a] Fensterverluste [kwh/a] Solare Gewinne [kwh/a] , Interne Gewinne [kwh/a] , Heizenergiebedarf [kwh/a]** Max. Heizleistung [kw] Lichtenergiebedarf [kwh/a] , Maximaltemperatur [ C] ,5 27,5 23,8 20,3 27,5 h > 27 C h > 28 C W/m² NGF a 213 W/m²a 21 W/m²a W/m²a 25 W/m²a 1 W/m²a W/m²a Heizenergieeinsparungen bezogen auf das Bestandsgebäude in Prozent 88,3% X X

70 Energie und Investitionskosten Energiebedarf Betrieb bisher Betrieb Wärmepumpe Betrieb neu Gas Elektro Ventilatoren kwh Elektroenergie nach Feuerstein kwh Wärmepumpe Wärme kwh COP 4,5 Elt kwh Summe Elektro kwh Kosten Elektro bei /kwh 0, Heizung mit Gas Energiebedarf kwh ,0622 /kw Summe Energiekosten Investition Investition , Nebenkosten 20% , Summe Invest

71 Wirtschaftlichkeitsberechnung Betrieb bisher Betrieb Wärmepumpe Betrieb neu Gas Instandsetzung % 2% 2% 2% Wartung % 2% 2% 2% Bedienung % 0% 0% 0% Summe /a Summe betreiben /a WIRTSCHAFTLICHKEIT Nutzungsdauer a Zinssatz % 6,00% 6,00% 6,00% Annuitätsfaktor % 7,82% 7,82% 7,82% Kapital-Faktor % 7,82% 7,82% 7,82% Kapital-Kosten /a Summe Energie+Kapital+ Wartung /a Primärenergiebedarf kwh/a CO2 Ausstoss g/kwh CO2 Ausstoß pro Jahr kg/a

72 Vielen Dank für Ihre die Aufmerksamkeit