Quartier entwicklung Wolfsburg Hellwinkel. fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel

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1 Quartier entwicklung Wolfsburg Hellwinkel fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel

2 FONDATION KYBERNETIK. QUARTIERSENTWICKLUNG WOLFSBURG-HELLWINKEL 2 Quartiersentwicklungsplan Wolfsburg-Hellwinkel Auftraggeber: Stadtverwaltung Wolfsburg Projektleitung: Städtebaulicher Entwurf: SMAQ architecture/urbanism/ reserach Sabine Müller, Prof. Andreas Quednau Kastanienallee 10, Berlin Ökologie und Klima: Atelier Dreiseitl Nussdorfer Straße 9, Überlingen Kybernetisches Konzept, Energiekonzepte, thermodynamische Simulationen: Prof. Günter Pfeifer Dipl.-Ing. Ruzica Mikolic Fondation Kybernetik Technische Universität Darmstadt Fachbereich Architektur El-Lissitzky-Str. 1, Darmstadt SONNENSTANDSSTUDIEN In der kybernetischen Struktur der Gebäude muss dafür gesorgt werden, dass solare Gewinne über Wand- oder Dachflächen realisiert werden können. Die im Folgenden abgebildeten Ergebnisse einer Sonnenstandsstudie zeigen die Verschattung der Gebäude im Quartier Hellwinkel untereinander innerhalb der maßgeblichen Jahres- und Tageszeiten. Da die topografische Struktur des Wohngebietes Hellwinkel mit dem nach Süden geneigten Gelände und den daraus resultierenden Gebäudevolumen gerade gegen die optimale Gebäudeausrichtung zur Sonne gerichtet ist, ist es wichtig, sich über die Verschattungen der unterschiedlichen Gebäudetypen Klarheit zu verschaffen. Als Lösungsansätze für stark verschattete Gebäude gibt es folgende Strategien: A) Die solaren Gewinne sollten über die Dachflächen mittels Dachkollektoren und der entsprechenden Verteilung der Luftströme erfolgen, da die Dachflächen geringeren Verschattungen ausgesetzt sind als die Fassadenflächen. B) Sollte dies anhand der thermodynamischen Simulation nicht ergiebig genug sein, bleibt die Möglichkeit der geothermischen Nutzung. C) Als weiterer Lösungsansatz besteht die Möglichkeit der gegenseitigen Unterstützung nach dem Prinzip der Hydrostatik (kommunizierende Röhren). Dazu müssen Strategien entwickelt werden, wie der nächststehende Partner so ausgestattet wird, dass er den verschatteten Partner energetisch mitversorgen kann. mit: Balck+Partner Facility Engineering Obere Neckarstraße 21, Heidelberg DipL.-Ing. Gerhard Kuder April 8 Uhr April 12 Uhr April 16 Uhr

3 fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel 3 VERTIEFUNG: ENERGETISCHE POTENTIALE Bei der Planung der Wohnhoftypologie ist die Beachtung der unterschiedlichen Temperaturzonen notwendig. So bildet der Laubengang selbst eine Kaltzone, die je nach Behandlung der Fassade auch als thermische Pufferzone genutzt werden kann. Sinngemäß gilt das Gleiche für die Treppenhäuser. Die Loggien werden verglast, damit diese zu den Wärmegewinnen hinzugerechnet werden können. Sommer 8 Uhr Erdgeschoss 1:500 Erdgeschoss Herbst 8 Uhr Winter 8 Uhr Schnitt 1:500

4 fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel 4 Der Wohnhof besteht aus zwei L-Förmigen drei- bis viergeschossigen Baukörpern und beinhaltet verschiede Wohnformen: Geschosswohnungen und Maisonetten. Die Dachflächen werden als Grünflächen ausgewiesen. Wegen des hohen Fassadenanteils ist die thermische Nutzung der Dachflächen (Luftkollektoren) so marginal, dass sie ausgeschlossen wurden. Sommer 12 Uhr Erstes Obergeschoss 1: Obergeschoss Herbst 12 Uhr Winter 12 Uhr Typ Geschosswohnung 1:200

5 A FONDATION KYBERNETIK. QUARTIERSENTWICKLUNG WOLFSBURG-HELLWINKEL 5 DIE TyPOLOGIE DER FASSADE Die Fassadengestaltung sollte von einem ausgewogenen Verhältnis von Fensteröffnungen und geschlossenen Wandflächen bestimmt sein. Im Wohnungsbau ist eine vollständig verglaste Fassade ohnehin schwer zu realisieren. Bei einem Missverhältnis Fensterflächen zu Wandflächen droht eine Überwärmung der Räume im Sommer durch zu hohen Solareintrag. Als Fensterformate sind stehende Fensterformate - im Besten Fall geschosshohe - von Vorteil, weil sie die Sonne tief in den Raum eindringen lassen können. Dabei ist auf besonders geringe Sturzhöhen zu achten. Sommer 16 Uhr Herbst 16 Uhr ENERGIEGäRTEN / LOGGIAVERGLASUNGEN Die Systematik eines Kastenfensters kann auch auf die Ausbildung einer Loggia angewandt werden. Die Industrie bietet einfache Glas-Schiebesysteme an, welche für die unterschiedichen Bedingungen gut geeignet sind. Die Energieeinträge der geschlossenen Loggien sind in den thermodynamischen Simulationen berücksichtigt. Bei der Anordnung der Loggien sollte darauf geachtet werden, dass ausreichende Speichermassen vorhanden sind. Hier helfen eventuell massive Seitenwände oder auch ein entsprechender speicherfähiger Bodenaufbau (z.b. Betonboden). Entscheidend sind die Standortwahl dieses Raumes im Grundriss sowie die richtigen Raumproportionen. Zur Verbesserung der Thermik ist eine größere Raumhöhe eines Energiegartens von Vorteil. Sind alle diese Bedingungen auf ideale Weise erfüllt, ergibt sich ein besonderer Mehrzweckraum, der fast das ganze Jahr gut nutzbar ist. Winter 16 Uhr Ansicht Süd 1:500 Ansicht Süd M 1:200 Ansicht Nord 1:500

6 FONDATION KYBERNETIK. QUARTIERSENTWICKLUNG WOLFSBURG-HELLWINKEL 6 1. Obergeschoss 3. Obergeschoss 3. Obergeschoss 1. Obergeschoss M 1:200 M 1:200 DIE SySTEMATIk DER GRUNDRISSzONIERUNG In der energetischen Betrachtung des Gebäudetyps spielt die Zonierung im Grundriss eine entscheidende Rolle. Die Wirkung der Ausrichtung nach dem Sonnenstand wird meist unterschätzt. Die Zonierung der Grundrisse hat auch mit den Temperaturzonen im Gebäude selbst zu tun. Das innenliegende Treppenhaus benötigt keine Heizungsunterstützung, da es durch die umfassenden Nutzungen als eine entsprechende Pufferzone wirkt. Die Loggien werden mit einer zusätzlichen Verglasung ausgestattet und werden zum Energiegarten. Ein solcher mit einer beweglichen Klimahülle verschließbarer privater Aussenraum ist in den Übergangszonen Frühjahr und Herbst fast immer für jedwede Nutzung zu gebrauchen. Die Verglasung reguliert die Gebrauchsfähigkeit je nach Wetterlage und jahreszeitlichen Bedingungen; In der Sommerzeit wird bei geöffneter Fassade die Loggia als Außenraum genutzt, in der kalten Jahreszeit kann dieser Raum ebenfalls genutzt werden; sie weist jedoch andere Temperaturen auf und dient als energiesammelnde Pufferzone für die daran angrenzenden Räume. Erdgeschoss EXEMPLARISCHE zonierung Unterscheidung durch Beheizung, Nutzungsprofi l, Größe/Volumen und Ausrichtung. Wohnraum (beheizt) Treppenhaus (unbeheizt) Energiegarten (Kaltraum) Laubengang (Kaltraum) Abstellräume (unbeheizt mit geringen Luftwechseln) Erdgeschoss 1:500 Energetische Zonierung M 1: Obergeschoss 2. Obergeschoss 1:500 Energetische Zonierung

7 fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel 7 Die Wandaufbauten Des Wohnhofes Bei den vorliegenden thermodynamischen Betrachtungen werden einzelne Wandaufbauten der Außenwand miteinander verglichen. Dabei werden möglichst monolithische Wandaufbauten gewählt, die aus verschiedenen Arten von Steinmaterialien bestehen. Wenn die Energiekennzahlen miteinander verglichen werden, stellt sich heraus, dass schon bei einschaligen Wandaufbauten mit entsprechenden U-Werten die Energiekennzahlen weit unter der Energieeinsparverordnung liegen. Die zweischaligen Wandaufbauten sind für das Sammeln der solaren Energien ausgelegt. Das geschieht mit einer transparenten bzw. transluzenten Außenschicht, die mit verschiedenen Materialien ausgeführt werden kann. Für die transulzenten Materialien ist darauf zu achten, dass diese einen entsprechenden U-Wert aufweisen. Transluzente Materialien sind Glas in verschiedenen Dicken-, Isolierstärken und Beschichtungen, Profilbauglas ebenfalls in veschiedenen Ausführungsarten (ein- und zweiteilig), sowie Polycarbonatplatten in unterschiedlichen Stärken und U-Werten. Einschaliger Wandaufbau: Massivwand ohne Dämmung Kalkputz KLB Planblock SW1 40 cm 2 cm 36,5 cm 36, 5 cm 19,01 kwh/m²a massivwand ohne dämmung Kalkputz KLB Planblock SW1 46 cm 2 cm 42,5 cm 17,84 kwh/m²a 42,5 cm

8 fondation kybernetik. Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel 8 Zweischaliger Wandaufbau: Wärmegewinne/ -verluste Massivwand und PoLycarbonaThülle (oder andere Transluzent hülle) 37,5 cm Polycarbonat 4 cm Luftschicht 8 cm KLB Planblock SW 1 24 cm Heizwärmebedarf cm 18,98 kwh/m²a Kälteenergiebedarf Thermodynamische Simulationen Thermische Betriebsstunden Hülle: Heizung / Kühlung Lichtenergiebedarf Raumtemperaturen Massivwand und PoLycarbonaThülle (oder andere Transluzent hülle), Variante mit Dachluftkollektor 37,5 CM Polycarbonat 4 cm Luftschicht 8 cm KLB Planblock SW 1 24 cm Ertrag Solarkollektor cm 17,13 kwh/m²a Wolfsburg - Hellwinke l Wandaufbauten Typ mit Massivwand und Polycarbonat (oder anderer transparenter Hülle) Transportierte Luftmenge Polycarbonat 2 cm Luftschicht 8 cm KLB Schalungsstein 24 cm Massivwand und PoLycarbonaThülle (oder andere Transluzent hülle), Variante mit LüfTungsgeräT zur wärmerückgewinnung (WRG) 37,5 cm Polycarbonat 4 cm Luftschicht 8 cm KLB Planblock SW1 24 cm Detailaxonometrie - Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung M 1:100 12,88 kwh/m²a

9 FONDATION KYBERNETIK. QUARTIERSENTWICKLUNG WOLFSBURG-HELLWINKEL SIMULATIONSERGEbNISSE TyPOLOGIE WOHNHOF EINE GEGENübERSTELLUNG Offener Loggien nicht verglast Wolfsburg - Hellwinke l Wandaufbauten Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten,5 36 Typ mitmassivwand ohne Dämmung cm Kalkputz KLB PlanblockSW 1; U = 0,25 W/m²K 2 cm 36,5 cm Detailaxonometrie - Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung M 1:100 VARIANTE 1 FondationKybernetik Prof. Günter Pfeifer Technische UniversitätDarmstadt Fachbereich Architektur VARIANTE 11! Nach DIN wird hierbei Nutzenergiebedarf ausgewiesen (zzgl. Erzeuger- und Leitungsverluste (soweit sie nicht der Zone zugute kommen). Die TWWBereitung ist nicht enthalten. * :)& &7> Massivwand ohne Dämmung 4 cm Wärmerückgewinnung mit bester Polyvariante 24,40 kwh/m²a 12,88 kwh/m²a 9

10 FONDATION KYBERNETIK Technische Universität Darmstadt El - Lissitzky - Straße Darmstadt pfeifer@fondation.tu-darmstadt.de mikolic@fondation.tu-darmstadt.de