Sun and Sense Berlin 12. März 2008 Die Reduzierung des Energieverbrauchs für Kühlung und Belüftung Technische Universität Berlin Fachgebiet Gebäudetechnik und Entwerfen
Institut für f r Physik der Humboldt- Universität t zu Berlin
Institut für f r Physik der Humboldt- Universität t zu Berlin Vollständiger Verzicht auf eine Ableitung des Regenwassers außerhalb der Gebäudegrenzen Regenwassernutzung für die Gebäudeklimatisierung: - Fassadenbegrünung - adiabate Abluftkühlung Reduzierung von Betriebskosten
Institut für f r Physik der Humboldt- Universität t zu Berlin Evaluierung i.a. der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Abteilung VI, Bereich Ökologisches Bauen Projektleitung Dipl. Ing. Brigitte Reichmann http://www.stadtentwicklung.berlin.de/bauen/oekologisches_bauen
Forschungsprogram m Experimenteller Wohnungs- und Städtebau dtebau ExWoSt Konzept der behutsamen Stadtentwicklung, Block108 Berlin-Kreuzberg Kreuzberg Gruppe Ökotop kotop TU Berlin 1983
Urbane Gebiete Verringerte Verdunstung Erhöhte thermische Strahlung urban heat island Kulturlandschaft 80% Verdunstung, 20% Grundwasserneubildung und Abfluss 86% Umwandlung der Strahlungsbilanz in Verdunstungskälte
Globale Energiebilanz Verändert nach Greenpeace / S. Krauter 2006
Globale Energiebilanz
Globale Energiebilanz - Tagesmittelwert Global Radiation Balance Energy balance, daily mean Condition Sustainable land use Stopping deforestation Global Radiation 4514 Wh Reflection 328 Wh Evaporation (Latent Heat) 1888 Wh Sensible Heat 575 Wh Reduction of urbanization Marco.Schmidt@TU-Berlin.de Increased Thermal Radiation 1724 Wh Net Longwave (Thermal) Radiation7776 Wh Net Radiation 2462 Wh Main Influencing Factors: Vegetaition Precipitation Soil fertility Ø Daily Global Mean in Wh/m² source: www.physicalgeography.net
Rio de Janeiro 2006
Verringerte Verdunstung urbaner Gebiete erhöht ht die thermische Ausstrahlung und wandelt bis zu 95% der Strahlungsbilanz in sensible Wärme Asphalt roof Energy balance, daily mean Global Radiation 5354 Wh Niederschlag Reflection 482 Wh Evaporation (Latent Heat) 123 Wh Disadvantages Sensible Heat 1827 Wh Uncomfortable microclimate Low durability of the sealing of the roof High surface runoff, low evapotranspiration Pollution of the surface waters Marco.Schmidt@TU-Berlin.de Increased Thermal Radiation 2923 Wh Net Longwave (Thermal) Radiation 7555 Wh Net Radiation 1949 Wh Main Influencing Factors: Surface colour (Albedo) Heat capacity of the surface Exposition Ø Daily Mean in Wh/m² June-August 2000 UFA-Fabrik Berlin-Tempelhof
Urban Heat Island Schlechter Komfort innerhalb von Gebäuden Erhöhter hter Energieverbrauch bei der Gebäudeklimatisierung Hohe Betriebskosten für f r Klimaanlagen
Prognostizierte Erhöhung hung des Energieverbrauchs durch Gebäudek udekühlung in Europa 400% 350% 300% 250% Germany (%) Greece (%) France (%) Spain (%) Italy (%) EU Total (% and Kt CO2/a) Kt CO2 (EU Total) 68070 58070 48070 200% 38070 150% 100% M.Schmidt 2006 after: EECCAC 4/2003 2000 2005 2010 2015 2020 28070 18070 Source: Energy Efficiency and Certification of Central Air Conditioners (EECCAC) Study for the D.G. Transportation-Energy (DGTREN) of the Commission of the E.U.
Dachbegrünung reduziert die thermische Ausstrahlung und wandelt bis zu 65% der Strahlungsbilanz in Verdunstungskälte Extensive Greened Roof Energy balance, daily mean Global Radiation 5354 Wh Niederschlag Reflection 803 Wh Evaporation (Latent Heat) 1185 Wh Advantages Sensible Heat 872 Wh Improvement of the microclimate High durability of the sealing of the roof Reduction of the runoff by evapotranspiration Marco.Schmidt@TU-Berlin.de Increased Thermal Radiation 2494 Wh Net Longwave (Thermal) Radiation7555 Wh Net Radiation 2057 Wh Main Influencing Factors: Field capacity of the soil Exposition Percentage of cover of the vegetation Ø Daily Mean in Wh/m² June-August 2000 UFA-Fabrik Berlin-Tempelhof
Unterschiede in den Oberflächentemperaturen konventionelles Bitumen-Flachdach Gründach (Infrarotmessung) 60,0 [ C] Temperatures 20.6.2001 50,0 40,0 30,0 Surface Black roof Surface Green roof Sealing Green roof Air 0m Green roof Air 1m Green roof 20,0 10,0,0 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
Niederschlag, Abfluss,, pot. und absolute Verdunstung, sowie erzeugte Verdunstungskälte von Parzellenversuchen in Berlin Year Precipitation Runoff Runoff potential ETP measured ETP Cooling rate [mm] [mm] [%] [mm] [mm] [kwh/(m²*a)] 1987 702 179 25.5 641 523 356 1988 595 157 26.4 696 437 298 1989 468 98 20.9 750 370 252 mean 588 145 24.6 696 443 302
increased thermal radiation
149 Pflanzkübel an 9 Fassaden a) Vergleich isol.. / unisol.. Trog b) Vergleich Standort Boden/ Trog
Durchschnittliche Verdunstung der Fassadenbegrünung nung Adlershof Physik 15.7.05-14.9.05 14.9.05 erzeugte Verdunstungskälte: lte:: : 280 kwh pro Tag 30 [mm/d] [kwh/m²d] 20.4 25 Hof 5, 1.OG Hof 5, 2. OG 17.0 20 Hof 5, 3. OG Südfassade, 1.OG 13.6 Südfassade, 2.OG 15 Südfassade, 3.OG 10.2 10 6.8 5 3.4 0 0.0 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
Adiabate Abluftkühlung
Unterschied im Energieverbrauch mit und ohne adiabate Abluftkühlung 40,0 35,0 [ C] Aussentemperatur [ C] Anlage 4 [kw] [kw] 6 5 30,0 25,0 4 20,0 3 15,0 2 10,0 5,0 1 0,0 20.7.06 0:02 20.7.06 4:07 20.7.06 8:07 20.7.06 12:07 20.7.06 16:12 20.7.06 20:27 21.7.06 0:27 21.7.06 4:27 21.7.06 8:27 21.7.06 12:32 21.7.06 16:32 21.7.06 20:37 0
Regenwassernutzung zur Gebäudek udekühlung 1 J = 1 Ws kwh 1 g H2O 2450 0.00068 1 Liter 2450000 0.68 1 m³ 2450000000 680.6 3.50 100.38 Regenwasser statt Trinkwasser: el. Leitfähigkeit max Regenwasser 30 µs 1600 µs Trinkwasser 700 µs 1600 µs
Starkregenbewirtschaftung im Südhof 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25-0.30-0.35-0.40-0.45-0.50-0.56-0.75
Erarbeitung von Planungskriterien für f r zukünftige Projekte, Ableitung/ Übertragung verallgemeinerbarer Kriterien Berlin: 180 m³ Seoul: 1200 m³ Daegu: 900 m³
WATERGY Prototype 2
Global warming: green house gas emissions or vegetation? Vegetation oder Treibhausgasemissionen?
CO 2 und globale Erwärmung rmung CO 2 and global warming
Palaeogeography: we dry out the planet We dry out the planet!
BAM Citadella IRAN (Persia) - 3500 years
Road to Kalat Naderi,, Iran. Foto: Foto: Shahireh Sharif www.iranian iranian.com
Development: dramatic reduction in evapotranspiration! Daily loss of forests worldwide: 350 km² Daily deforestation in the amazon region: 40 km² Daily loss in the mediterranean area: 45 km² Daily urbanization in Germany: 1 km²
Problemstellung Urbanization: Daily increase of 1.050.000 m² m 380 m² m of sealed surface per person 100% increase of urban areas since 1950 Goal: daily increase of 300.000 m² m until 2020 Forest 29,4% Water 2,2% Other 2,5% Agriculture 54,1% 25% 20% 15% 10% 5% + 19,8% +2,0% +11,8% 0% Urban areas/ Traffic 11,8% Germany 1997/ 1981-1997 -5% -10% -5,5% Agriculture Urban areas/ Traff ic Forest Water
Prioritäten ten aus Sicht des Wasserhaushalts 1. Verdunstung über Vegetation Evaporation 2. Regenwassernutzung rainwater harvesting 3. Versickerung infiltration 4. Ableitung sewer systems
Schlussfolgerungen Die Verdunstung der anfallenden Niederschläge über Vegetation muss Priorität bei der Siedlungsentwicklung bekommen. Die Begrünung von Gebäuden stellt eine gute Alternative zur Reduzierung des Eingriffs in Natur und Landschaft dar Sowohl bei den stadtklimatischen wie auch den globalen Klimaveränderungen und Modellierungen wird die Rolle der Veränderung der Verdunstung und damit die latenten Wärmeströme bisher kaum berücksichtigt
Vielen Dank! Thank you! http://www.gebaeudekuehlung.de http://www.a.tu-berlin.de/gte/forschung/adlershof CO 2 -Kritik: http://www.waterparadigm.org http://www.korrelation.eu http://www.evapotranspiration.net