NEUES AUS DER FORSCHUNG FÜR DIE LEHRE

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1 NEUES AUS DER FORSCHUNG FÜR DIE LEHRE Forschungsgeleitete Lehre Karin Stieldorf Vienna University of Technology

2 NEUER SOZIALER WOHNBAU - FÜR ALLE! REFUGEES@HOMES URGENTLY NEEDED

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7 NEUE THEMEN IM WOHNBAU Mischung von Generationen, Einkommen, Schichtung, Kultur Nutzungsmischung (Wohnen, Arbeiten, öff.+gemeinsame Einrichtungen) Stadt der kurzen Wege und Radfahrer Exzellenter öffentlicher Verkehr Dichte und Größe neue funktionale Überlegungen Anpassbarkeit / Flexibilität/ Resilienz Gärtnern und Lebensmittelerzeugung in der Stadt regionale Baustoffe und Handwerk Qualität statt Quantität Haltbarkeit, Reparierbarkeit, Lebensdauer, Recycling, Upcycling Ermöglichen eine nachhaltigen Lebensweise Soziale Überlegungen / Nachbarschaftsförderung

8 FORSCHUNGSPROJEKT Make Your City (Smart)! ffg Smart City 6 Sondierung quelle: Holzmarkt.com

9 Ausgangslage Steigender Bedarf an kostengünstigem Wohnraum. Zunahme an Projekte mit Gemeinschaftssinn und steigendem Wunsch nach Mitbestimmung und - gestaltung (z.b. Baugruppen). positive ökologische, ökonomische und soziale Begleiterscheinungen des Selbstbaus übergeordnete Ziele Stadt Wien: Sensibilisierung der Bewohner für Energieeffizienz, -suffizienz und Klimaschutz durch unmittelbare Auseinandersetzung. Die Entwicklung von Informationstools zur Bewusstseinsförderung für die Beeinflussbarkeit des persönlichen Carbon Footprint. Smart Citizens: Unterstützung von Selbstorganisation und zivilgesellchaftlichem Engangement. David Harvey: Stadtproduktion als kooperatives Werk aller StadtbewohnerInnen.

10 Make Your City (Smart)! - Projektziele Aufzeigen der entscheidenden Bewertungskriterien für das Gelingen von urbanem Selbstbau Entwicklung einer mehrgeschossigen, typologieoffenen, multiplizierbaren, ökologischen Low-Tech und Low-Cost Selbstbauweise. Erstellung eines allgemeinverständlichen Toolkits für baulich-konstruktive Lösungen im gemeinschaftlichen Selbstbau, abgestimmt nach dem tatsächlichen Bedarf. Identifizieren und Einbinden von AkteurInnen, die für eine Selbstbaugruppe relevant sind.

11 Nebenziele Nutzungsoffenheit, Grundrissflexibilität Leichte Adaptierbarkeit, Rückbaubarkeit, Wiederverwendbarkeit Hohe strukturelle Variabilität mit einfachen Mitteln: kreative kollektive Ausdrucksmöglichkeiten der AkteurInnen ermöglichen. Geschwindigkeit von Selbstbauprozessen erhöhen. Teilnahme-Niederschwelligkeit, Inklusion an Bauprozessen. Energie- und Nahrungsmittelproduktion am Gebäude. Geringe Bodenversiegelung, kleinerer Fußabdruck allgem. Kompetenzerwerb aller Beteiligten

12 Referenzen LeCorbusier, Domino-House, 1914 historische Beispiele

13 Eric Friberger, Schnitt Däckshus, Göteborg, 1960 historische Beispiele

14 Filip Dujardin, Untitled, Fictions #9 (2010) historische Beispiele

15 Filip Dujardin, Untitled, Fictions #4 (2009)

16 Grundbau und Siedler, Köln, Sozietät für Architektur Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

17 Grundbau und Siedler, Köln, BeL Sozietät für Architektur Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

18 Ritterstraße 50 - Jesko Fezer, Berlin Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

19 Ritterstraße 50 - Jesko Fezer, Berlin Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

20 Das neue Stadthaus - Raith NonConform Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

21 Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung

22 Europäische Schule in Frankfurt, NKBAK Architekten Fertig vorausgebaute, stapelbare Raummodule

23 Europäische Schule in Frankfurt, NKBAK Architekten Fertig vorausgebaute, stapelbare Raummodule

24 Research on heat storage PARAMETER STUDY ABOUT THE EFFECT ON THE HEAT STORAGE OF EXTERNAL WALLS SUITED FOR PASSIV HOUSES Simulation of the thermal behaviour of a living room in a passive house WAND 03 2,0 cm Putzträgerplatte, Heraklith 5,0 cm Hinterlüftung bzw. Holzquerlatten 5/5 1,6 cm OSB-Platte 35,6 cm TJI/PRO-350-Stiele / Zellulosedämmung 1,8 cm DWD-Platte diffusionsoffen 5,0 cm Installationsebene bzw. Holzquerlatten 5/5 1,5 cm Gipsfaserplatte ,0 WAND 01 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm Objekt Plan 1,5 cm Gipsinnenputz WAND 04 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm Objekt Plan Lehmziegel 3,0 cm Lehminnenputz 90,8 118, WAND 02 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm SBZ Plan 1,5 cm Gipsinnenputz ,0 WAND 05 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm STB-Beton-Wand 1,5 cm Gipsinnenputz ,9 14,5% 38,8% 50,5% 62,0% 100,0% Effective heat capacities [kjm -2 K -1 ] (acc. to EN ISO 13786)

25 Heat storage Parameter study about the effect on the heat storage of external walls suited for passiv houses Simulation of the thermal behaviour of a living room summer case: failure of the blind during one day Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand Lufttemperatur [ C] Zeit [h] Smart Buildings Planning for the future 2010

26 Heat storage Parameter study about the effect on the heat storage of external walls suited for passiv houses Simulation of the thermal behaviour of a living room winter case 1: momentary ventilation Lufttemperatur [ C] Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand Uhrzeit [h] Smart Buildings Planning for the future 2010

27 Heat storage Parameter study about the effect on the heat storage of external walls suited for passiv houses Simulation of the thermal behaviour of a living room winter case 2: failure of heating system during one week Lufttemperatur [ C] Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand Zeit (Tag Nr.)

28 ENTWURF - RICHTLINIEN Optimierungsmaßnahmen Baukörper Optimierungsziele: Reduktion der Wärmeverluste über die Gebäudehülle Optimierung der passiven solaren Gewinne Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Erträge aus PV und Solarthermie Optimierung sommerliches Temperaturverhalten Unterschiedliche Wechselwirkungen Parameter: Kompaktheit Verglasungsanteil der Südfassade Integration von PV und Solarthermie in südorientierte Außenbauteile der Gebäudehülle

29 DESIGN GUIDELINES PARAMETER FÜR SIMULATIONSREIHEN Standort Orientierung Bauweise Baukörper Verglasungsanteil in der Südfassade Verschattungssituation

30 BAUPRODUKTE MANAGEMENT ökologischer Vergleich von Baustoffen PEI [MJ/m²] GWP [kg CO2/m² AP [kg SO2/m³] OI3 U Wert [W/m²K] Wandstärke [cm] 1.130,44 87,61 0, ,116 50, ,33 59,05 0, ,115 56,69 701,75-29,29 0, ,116 50,30 446,48-147,15 0, ,090 67,34 350,26-79,12 0, ,122 49,40 Type Stahlbeton Außenwand, WDVS Hochlochziegel Außenwand, WDVS Holzständer- Außenwand, hinterlüftet S-HOUSE Wandaufbau Stegträger Strohwand

31 VERGLEICH DES WÄRMEBEDARFS unterschiedlicher Standorte in Österreich Wien Innsbruck Klagenfurt Mallnitz V1 V2 V3 V1 V2 V3 V1 V2 V3 V1 V2 V ,43 5,38 4,66 6,1 4,64 3,2 8,49 8,11 6,64 11,83 8,12 8, ,9 4,22 4,18 5,71 3,46 2,62 8,12 6,48 4,77 11,49 7,78 5,77 Orientierung 165 3,99 3,98 3,92 5,41 3,17 2,27 7,84 6,17 4,47 11,24 7,53 5, = süd 3,95 3,92 3,81 5,34 3,07 2,19 7,66 6,06 4,39 11,13 7,43 5, ,97 3,95 3,85 5,4 3,21 2,43 7,79 6,15 4,57 11,19 7,5 5, ,04 4,07 4,12 5,67 3,59 2,77 8,04 6,43 4,93 11,4 7,74 5, ,41 4,38 4,5 6,09 4,86 3,43 8,4 7,93 5,72 11,72 8,37 8,18 Legende - Orientierung: RHnV1W1 Orientierung der Süd -Fassade 165 RHnV1W2 Orientierung der Süd -Fassade 150 RHnV1W3 Orientierung der Süd -Fassade 135 RHnV1W Orientierung der Süd -Fassade 180 RHnV1W4 Orientierung der Süd -Fassade 195 RHnV1W5 Orientierung der Süd -Fassade 210 RHnV1W6 Orientierung der Süd -Fassade 225 Legende: V1 - kleine Südverglasung, OIB-Mindestanforderungen V2 - mittlere Südverglasung, OIB-Mindestanforderungen x 2 V3 - große Südverglasung, OIB-Mindestanforderungen x 4

32 VERGLEICH DER SOMMERTAUGLICHKEIT unterschiedlicher Standorte in Österreich

33 Thermische Bauteilaktivierung Klaus Kreč Büro für Bauphysik Schönberg am Kamp Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen Institut für Architektur und Entwerfen Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 33

34 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Beton Heizund Kühlregister Quelle: REHAU - Akademie Bewehrung Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 34

35 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Beton Heizund Kühlregister Fertigteil-Decke Quelle: Zement+Beton Baustahlgitter Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 35

36 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Quelle: Aichinger Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 36

37 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Quelle: Aichinger Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 37

38 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Vorgangsweise Zwei- und dreidimensionale Modellierung einer thermisch aktivierten Decke Berechnungsmodell (Beispiel) Aufbau: 1,0 cm Bodenbelag 6,0 cm Zementestrich 3,0 cm Trittschalldämmung 10,0 cm Dämmschüttung 25,0 cm Stahlbetondecke Rohrregister Berechnungsergebnisse: Temperaturverteilungen, Wärmeströme, Thermische Leitwerte Berechnungen stationär (zeitunabhängig) und instationär (zeitabhängig) Verwendetes Wärmebrückenprogramm: AnTherm V M. Kornicki Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 38

39 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Bild der Wärmestromlinien Vorgangsweise Berechnungsmodell Rohr 17 x 2,0 50 mm Überdeckung d Breite des Berechnungsausschnitts d d Achsabstand der Rohre Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 39

40 PARAMETERSTUDIEN Vorgangsweise Parameter: Höhenlage des Rohrregisters / Achsabstand der Rohre Berechnete Fälle: Betonüberdeckung 5, 10 und 15 cm Betonüberdeckung d Rohr 17 x 2,0; Achsabstand der Rohre d wird variiert Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 40

41 PARAMETERSTUDIEN Ergebnisse Parameterstudie: Betonüberdeckung / Achsabstand der Rohre Rohr 17 x 2,0 Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 41

42 PARAMETERSTUDIEN Auswertung Parameterstudie: Betonüberdeckung + Achsabstand der Rohre Λ Anwendung: q = Λ ( Θ Θ ) r u Betonüberdeckung: 50 mm q flächenbezogene Wärmeabgabeleistung [Wm -2 ] Θ r Temperatur des Heizmediums ( Rohr ) [ C] Θ u Lufttemperatur im Raum unter der Decke [ C] Rohr 17 x 2,0 Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 42

43 Heizmitteltemperatur Wärmepumpe Quelle: S. Handler Strombedarf gedeckt z. B. durch: Photovoltaik, Windstrom, Nachtstrom, Sonnenkollektor Quelle: S. Handler Niedertemperaturheizung ideal für die Nutzung Erneuerbarer Energien Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 43

44 Beispiel: Solarthermie - Bauteilaktivierung Gemeindezentrum Hallwang (Salzburg) Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 44

45 Instationäre Berechnungen Heizungsunterbrechung Tagesverlauf der Wärmeabgabeleistung bei 8-stündiger Beladungszeit qs () t qs () t Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 45

46 Instationäre Berechnungen Heizungsunterbrechung Tagesverlauf der Oberflächentemperatur bei 8-stündiger Beladungszeit Θ s () t Θ s () t Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 46

47 Modellraum Thermischer Komfort Grundriss Lichte Raumhöhe: 2,90 m Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 47

48 Modellraum operative Temperatur Berechnung der operativen Temperatur Gegenüberstellung: rein konvektive Beheizung Bauteilaktivierung Annahmen: Standort: Klagenfurt Klima: mittlerer Januar-Tag Soll-Temperatur: 20,0 C Selbstregelungseffekt der Bauteilaktivierung Bauteilaktivierung Rohr 17 x 2,0 Rohrabstand: 15 cm Betonüberdeckung: 5 cm Registerfläche: 24,5 m 2 Aktivierung der Decke Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 48

49 Modellraum Thermischer Komfort Strahlungsfeld im Raum Temperaturverteilung beheizte Deckenfläche: 24,5 m mittlerer Januar-Tag, 8 00, Klagenfurt Horizontalschnitt:1,80 m über dem Fußboden Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 49

50 Modellraum Thermischer Komfort Strahlungsfeld im Raum Temperaturverteilung Fußboden Decke mittlerer Januar-Tag, 8 00, Klagenfurt Vertikalschnitt durch Fenster nord Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 50

51 Literatur Forschungsbericht: Energiespeicher Beton Klaus Kreč wird publiziert in der Schriftenreihe des im Auftrag der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie Planungsleitfaden: verfügbar seit 15. April 2016 Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 51

52 Conclusio Die thermische Aktivierung der Decke ist zur alleinigen Beheizung von Niedrigenergie- und Passivhäusern geeignet und kann ohne großen Mehraufwand auch als Kühlsystem eingesetzt werden, ist ohne großen technischen Aufwand kostengünstig umsetzbar, gewährleistet hohen thermischen Komfort innerhalb des Gebäudes, ist für die Nutzung erneuerbarer Energien prädestiniert und bietet Flexibilität in Hinblick auf Nutzungsänderungen. Dr. Kreč Büro für Bauphysik Schönberg am Kamp Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen Institut für Architektur und Entwerfen Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 52

53 CONFIG.HOME CHANGING USER BEHAVIOR WEITER/ENTWICKLUNG VON TABLET UND NUTZERFÜHRUNG ZIEL: SENKUNG DES ENERGIEVERBRAUCHS Konsortium LISI LISI BLU I Karin Stieldorf / Gerhard Hanzl 53