Innovatives Bauen eine ganzheitliche Betrachtung

Transkript

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2 Innovatives Bauen eine ganzheitliche Betrachtung Prof. Klaus Sedlbauer Auf Wissen bauen

3 Was sind die zentralen Herausforderungen unserer Zeit? Steigender Bedarf für vernetztes Denken und Handeln Szenario der weltweiten Urbanisierung Chancen durch Technologien Anstieg der Weltbevölkerung Demographischer Wandel Neue Wertschöpfungsstrukturen Endliche Ressourcen Steigende Mobilität Bedarf nach Ressourcen-/ Energieeffizienz»Das System Stadt muss neu gedacht und gelebt werden«(zitat Aktionsplan Hightech-Strategie 2020) Energiewende durch regenerative Erzeugung Wandel zu urbaner Elektromobilität Mobiles Internet und Cyber-physical Systems Transformation in eine elektrische Welt

4 Herausforderungen der Baubranche 10 bis 12 % vom Bruttoinlandsprodukt 40 bis 50 % des Gesamtverbrauchs an Primärressourcen durch Bau und Betrieb von Bauwerken ca. 50 % des Abfallaufkommens Gebäudelebensdauer von ca. 50 Jahren und mehr Altbauten benötigen 4 mal so viel Energie wie Neubauten Gesamtkosten für Emissionsminderung um 20 % bis 2020: eine Billion ( )

5 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland in TWh (2011) Quelle: BMWi Energiedaten (2013), Prof. G. Hauser (2008)

6 Elemente zur Energieeffizienzsteigerung Minderung der Transmissionswärmeverluste Minderung der Lüftungswärmeverluste Erhöhung der Wärmegewinne Nutzungsgradsteigerung des Wärmeerzeugers Erhöhung des Tageslichtangebots und des Leuchtenwirkungsgrads Maßnahmen zur Vermeidung von Kältetechnik

7 Effiziente Gebäude passive Maßnahmen Energieeinsparung durch: intelligente Technik Wärmebrücken vermeiden Luftdichtheiten Gebäudeautomation Wärmerückgewinnung Neue Dämmstoffe sommerlicher Wärmeschutz Techniken zur solaren Klimatisierung

8 Strategische Überlegungen Gebäudeplanung Gebäudebetrieb klimagerecht Energieoptimierte Gebäudehülle dicht, gedämmt, verschattet energieeffiziente Anlagentechnik erneuerbare Energien nutzen Technologie bedarfsgerecht Schutzklima hygienisch, materialverträglich Stand-by Klima z.b. Nachtabsenkung Komfortklima Prozessqualität

9 Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie

10 Meilensteine des energiesparenden Bauens Gebäude und Energie

11 Versorgungsstrukturen Zur Steigerung der Energieeffizienz

12 Zukünftige Gebäude Energieträger Strom Auslegung nach Angebot, nicht Verbrauch instationärer Gebäudebetrieb

13 Instationäre hygrothermische Vorgänge an der Wand

14 WUFI -Plus

15 Steigender Energieverbrauch Auswirkung in Zukunft generell: nur Grundtemperierung 18 C Bad Wohnen Windfang Küche

16 Steigender Energieverbrauch Auswirkung in Zukunft bei Nutzung: schnelles Aufheizen auf komfortables Niveau Inter- und Intradämmung wird wichtig!!! 24 C Wohnen Küche Bad Windfang 18 C Ziel: Zukünftige (multifunktionale) Produkte frühzeitig andenken!

17 Historie: Instationäres (Intermittierendes) Heizen Temperaturverhältnisse im Raum [Schmeller 1834] früher: Kompensation niedriger Raumlufttemperatur durch Kleidung

18 Bedeutung der Ökobilanz Ökobilanz

19 Der Lebenszyklus als Grundlage Rohstoff-Abbau Vorprodukte-Herstellung Herstellung Entsorgung Recycling Nutzungsphase

20 Zukunftsthema für den Baubereich Recyclingfähigkeit Wolfgang Staudt

21 Elektrodynamische Fragmentierung Die Methode ermöglicht die sortenreine Auftrennung verschiedenster Verbundwerkstoffe Das Verfahren beruht auf dem Prinzip, dass ultrakurze (< 500 nsec) Unterwasserimpulse Festkörper selektiv fragmentieren, indem die Blitzentladung bevorzugt durch den Festkörper entlang von Phasengrenzen verlaufen. Vorteile: Effiziente Fragmentierung von: Altbeton, Schlacke, CFK-Materialien, Elektroschrott, Holzverbunde, Beton-Recycling

22 Elektrodynamische Fragmentierung CFK Probe nach einer elektrodynamischen Behandlung

23 Typha Magnesitgebundene Platten Vorteile der magnesitgebundenen Platte: hohe Druckfestigkeit bei niedriger Wärmeleitfähigkeit ( W/mK) gute akustische und brandschutztechnische Eigenschaften mittlerer Diffusionswiderstand kapillaraktiv gute Bearbeitbarkeit mit üblichen Werkzeugen im Denkmalschutz akzeptiert 100 % kompostierbar

24 Nachhaltigkeit im System Kriteriengruppen für Gebäudequalitäten: Ökologische Qualität Ökonomische Qualität Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5 % 22,5 % 22,5 % Technische Qualität Prozessqualität 22,5 % 10 % Standortqualität Ökologie Ökonomie Soziale Aspekte

25 Planungskriterium Leistungsfähigkeit Verteilung der Lebenszykluskosten eines Gebäudes unter Einbezug der darin beschäftigten Menschen Personal Steuern Energie ursprüngliche Baukosten Instandhaltung Quelle: Tom (2008)

26 Raumklima Bislang waren singuläre Abhängigkeiten zu beherrschen

27 Raumklima Bislang waren singuläre Abhängigkeiten zu beherrschen

28 Raumklima Vielseitige Interaktionen sind zu begreifen

29 Innenraum hat erheblichen Einfluss auf den Nutzer Neue Materialien und Technologien Mensch-Umgebungsinteraktionsmodell physiolog. Modellierung, Gebäudesimulation, Menschliche Leistungsfähigkeit Temperatur, Licht, IAQ,... Testraum Ideale Umgebungsbedingungen für Büros, Hotels, Krankenhäuser, Schulen Schnittstelle zur Fassade

30 Mensch und Bauphysik 90 % der Zeit verbringen wir in Innenräumen Ziel: Optimale Bedingungen für den Nutzer Einfluss des Raumklimas auf: Gesundheit persönliches Befinden Leistungsvermögen Paradigmenwechsel: Immobilien genügen dem Nutzer Integrale Betrachtung notwendig

31 Promotionskolleg»Menschen in Räumen«zusammen mit Prof. Dr. L. Werth Wärme Feuchte Geruch Akustik Licht Räume Technik Prozesse wie Kognition Motivation Selbstregulation Moderatoren wie Alter Interkulturelles Zufriedenheit, Wohlbefinden Leistung Konsum Verhandlung Personenwahrnehmung Interaktion psych. Gesundheit Planungstools Produkte Beratung

32 Licht Leistung (z-transformierte Werte, je höher, desto besser) (lux) 500 (lux) 150 (lux) Hell Kontrollgruppe Dunkel Logisches Denken Kreativität Interaktion: F(2, 138) = 9.45, p <.01, η p2 =.20 Logisches Denken: F(2, 137) = 3.21, p <.05, η p2 =.05, Kreativität: F(2, 137) = 7.21, p <.01, η p2 =.09 Quelle: Werth, et. al.: Psychologische Befunde zu Licht und seiner Wirkung auf den Menschen - ein Überblick. Bauphysik

33 Intelligente Lichtsteuerung Realisierbar!

34 Intelligente Lichtsteuerung Demonstration Position

35 Intelligente Lichtsteuerung Demonstration Blickrichtung

36 Intelligente Lichtsteuerung Demonstration Szenenauswahl

37 Intelligente Lichtsteuerung Demonstration (Sprach- und) Gestensteuerung

38 Dilemma bei schlechter Raumakustik Ursache / Wirkung - Spirale, + 10 db (A) Hoher Grund-Pegel Schlechteres Hören Lauteres Reden Fremd-Geräusche Schüler, Lehrer Raum-Einfluss Lauteres Reden Höhere Hörschwelle

39 Raumausstattungskonzepte für Call Center neu herkömmlich BKA BKA Etwa gleicher Preis pro Arbeitsplatz 6-8 m 2 pro AP Flächenbenchmarking m 2 pro AP

40 Integrale Produkte Beispiel Schall- und Geruchsabsorber

41 Wandlungstreiber für die Städte der Zukunft Transformation: Technologischer Wandel in multiplen Sektoren Energie Bauen Mobilität Arbeiten Kommunikation Dienstleistung Zentralisiert CO ² -emittierend Standardisierte Energieverbraucher Individualmobilität Industrialisierung Linear/ strukturiert Produkt Kunde Dezentralisiert CO ² -neutral Individualisierte Plusenergiehäuser Nachhaltige vernetzte Mobilität Hochmobile Wissensgesellschaft Ubiquitär/ Echtzeit System Stadt

42 Bauphysik-Spannungsfeld nur lösbar, wenn interdisziplinäre Forschung stattfindet (+ Architektur, Informatiker, Psychologie, Chemie, ) gesamtheitlicher Ansatz verfolgt wird (Werkstoff Raum Gebäude Siedlung) transdisziplinärer Durchgang möglich ist (Grundlagen, Anwendung, Produkte, Demonstration)