UNGENUTZTES POTENZIAL VON FASSADEN FÜR ENERGIEEFFIZIENZ UND KLIMASCHUTZ Hans Erhorn Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) Quelle Festo AG
Fraunhofer-Institut für Bauphysik Fokus Energieeffizienz und Raumklima AKUSTIK BAUCHEMIE, BAUBIOLOGIE, HYGIENE ENERGIEEFFIZIENZ RAUMKLIMA GANZHEITLICHE BILANZIERUNG HYGROTHERMIK Bauakustik Raumakustik Grundlagen und Software Technischer Schallschutz, Fahrzeugakustik Psychoakustik Musikalische Akustik, Photoakustik Chemie und Sensorik Biologie Prüfwesen Betontechnologie, funktionale Baustoffe Gebäude Quartiere Stadt Evaluierung und Demonstration Gebäudesystemund Infrastrukturlösungen Lichttechnik, passive Solarsysteme Flug- und Fahrzeugklimatisierung Planungswerkzeuge Energie & Mobilität Werkstoffe und Produktsysteme Nachhaltiges Bauen Feuchteschutz und bauen in anderen Klimazonen Feuchtetechnische Materialkennwerte Feuchtemanagement Wärmekennwerte, Klimasimulation Hygrothermische Gebäudeanalyse
Herausforderungen im Bausektor Globale Trends Mega-Trends Bevölkerungswachstum Ca. 9 Milliarden Menschen 2050 Sozialer Wandel Neue Anforderungen an Gebäude/Städte Verstädterung Die Zukunft liegt in der Stadt Mobilität Steigende Bürde weltweit Energie Hunger nach Energie wird immer größer Gebäude Erheblicher Anteil an den Ressourcen Umwelt und Klima Konsequenzen schon heute sichtbar Fragen an die Herausforderungen der Zukunft Welche Auswirkungen haben die Mega-Trends für das Bauwesen der Zukunft? Welche Innovationen werden im Baubereich wesentlich sein? Welche neue Möglichkeiten sind wegbereitend (neue Materialien, Technologien, Prozesse)? Welche Maßnahmen ergreifen wir heute?
Sechs Wandlungstreiber für die "Morgenstadt"
Innovationsgeschwindigkeit - 8 kwh/m²a - 4 kwh/m²a
Energiewende Gebäude: Vom Consumer zum Prosumer Quelle Festo AG Quelle: BDF
Vernetzung der Sektoren
Hochtechnisierte Gebäudehüllen Quelle Festo AG
Digitalisierung im Bauwesen BIM BIM Referenz Bau-Prozess Map
INHALT Fassaden und deren Potentiale in Deutschland Technologien und Anwendungsbeispiele Technische Mockup-Bemusterung AutomationCenter FESTO AG Quelle Festo AG
Gebäudebestand in Deutschland 2012 (Stat. Bundesamt, BMVBS, eig. Schätzung) 12 10 10,63 Anzahl der Gebäude in Mio. (insges. ca. 18 Mio. WG) 8 6 4 3,54 Wohnfläche der WG.ca. 3,4 Mrd. m² Nutzfläche von NWG ca. 1,2 Mrd. m² Wohnungen in WG ca. 40 Mio. Feuerungsanlagen in WG ca.18 Mio. 2 0,9 0,46 0,24 0,49 0,14 0,31 0,11 0,15 0,04 0,09 0,2 1,5 0 1 WE 2 WE 3 WE 4 WE 5 WE 6 WE 7 WE 8 WE 9 WE 10 WE 11 WE 12 WE > 12 WE Nichtwohngebäude
Gebäudekennwerte in Deutschland
Fassaden in Deutschland Abschätzung der Fenster und Fassadenflächen im Wohn- und Gewerbebau (ca. 4 Mrd. m² Wohnfläche, -> 600 Mio. m² Fenster und 1,8 Mrd. m² opake Fassaden; ca. 1,5 Mrd. m² Nutzfläche -> ca. 300 Mio. m² transparente und 700 Mio. m² opake Fassaden) Abschätzung der Solargewinne auf die bestehenden opaken Fassaden -> 630 kwh/m²a mittlere Solareinstrahlung 75 kwh je m² PV auf opaken Fassaden und 30% der Fassaden nutzbar -> 2,5 Mrd. m² x 0,3 x 75 kwh/m² > 60 Mrd. kwh/a nutzbare PV Gewinne Stromverbrauch D: 600 Mrd. kwh/a = 10% Stromverbrauch generierbar (Haushalte verbrauchen 129 Mrd. kwh/a Strom. Fassaden im Wohnungsbau könnten ca. 40 Mrd. kwh/a PV erzeugen (etwa 33 %)
40 Jahre Entwicklung: Vom Solarhaus der 1. Generation.
40 Jahre Entwicklung:.zum privaten Kleinkraftwerk Quelle: ABG-Frankfurt
Beispielhafte gebäudeintegrierte PV Quelle: Schwarz/BMVBS
Beispielhafte gebäudeintegrierte PV
Beispielhafte fassadenintegrierte PV Quelle: ertex solar / Austria
Beispielhafte fassadenintegrierte Luftkollektoren
Beispielhafte gebäudeintegrierte Multifunktionsfassade
Quelle: ertex solar / Austria copyright: sunways AG
Fassade als Algenreaktor (Skyfarming) Quelle: BIQ
Neue Mikrooptiken: Fassadenintegrierte Tageslicht- und LED-Beleuchtung Transparente Lichtquelle: Tages- und Kunstlicht über ein Bauteil Lichtumlenkung in fassadenferne Bereiche Funktionsprinzip Tageslichtlenkung Bild: AG MST, TU-Dortmund Funktionsprinzip transparente Lichtquelle
Etwa 10 % der Baukosten werden durch Baufehler verursacht
Technisch-funktionaler Fassaden-Mockup Test Warum? Innovative Fassaden sind ein Spezialgebiet aus einer Mischung von Maschinenbau, Leichtbau, Metallbau, Glaswesen, Haustechnik mit hohen bauphysikalischen Anforderungen Die Fassade bestimmt maßgeblich den Energieverbrauch sowie den thermischen und visuellen Komfort Rund 15 bis 25 % der Baukosten werden bei Großobjekten in das Gewerk Fassade investiert. Neben der technischen Gebäudeausrüstung ist die Fassade eines der komplexesten Bauteile Häufig werden große Objektsummen ohne das erforderliche Maß an technisch-funktionaler Qualitätskontrolle eingesetzt lediglich die ästhetische Bemusterung vor Ort findet regelmäßig statt Technisch-funktionaler Mockup zur Optimierung und Qualitätssicherung Einplanung Bemusterung bereits während der Ausschreibung
VERU Energie und Behaglichkeitsuntersuchungen Energetische Bewertung Behaglichkeit Leistungsfähigkeit Tageslichtversorgung Kunstlicht Blendfreiheit Gebäudeautomatisierung
Exemplarischer Gebäudesteckbrief AutomationCenter FESTO AG Ausbau der Firmenzentrale in Esslingen zum Hochtechnologiestandort Technische Daten Bruttogrundfläche ca. 12.000 m² Höhe Anzahl Mitarbeiter 400 Wärme-/Kälteerzeugung Wärmeübergabe 16 Stockwerke reversible Wärmepumpe, Erdsonden, Eisspeicher Betonkerntemperierung, Bodenkonvektoren, Heiz-/Kühldecken Lüftung zentrale Lüftung mit WRG und CO 2 - gesteuerter Luftqualitätsüberwachung Trinkwassererwärmung dezentrale elektrische Durchlauferhitzer Quelle Festo AG
Gebäudesteckbrief AutomationCenter (Fassade) Vollständig verglaste einschalige Elementfassade Technische Besonderheit - Abluftfassade - im Wechsel mit elektrochrom schaltenden Verglasungen (dimmbar) Innenliegender Blendschutz Zuluft Zuluft Abluft Quelle Festo AG Quelle Festo AG
Motivation technisch-funktionaler Fassaden-Mockup Optimierung technischer Detaillösungen Absicherung der Funktionsweise des Fassadenkonzeptes Frühzeitiges Erkennen von ggf. vorhandenen Konzept- /Produktschwächen vor Ausführung am realen Bauvorhaben Validierung der Berechnungs-/Simulationsmodelle durch Messdaten Visuelle Bemusterung der Fassadenlösung Erlebbarkeit der zukünftigen Bürokonzepts für Bauherren und Planer Nachweis Funktionsweise Gesamtkonzept (Fassade, Sonnenschutz, Raumklimatisierung, Tageslicht/Kunstlicht) in Hinblick auf: Energieeffizienz Raumklima visuellem Komfort
Bemusterung Technischer Mockup Einbau Mockup-Fassade
Bemusterung Technischer Mockup Funktionsprinzip Abluftfassade Innenliegender Screen Abluft Thermischer Auftrieb Zuluft (inkl. Umluftkühlung/-heizung) Zuluft Abluft
Ergebnisse Richtige Auslegung Systemparameter der Abluftfassade zur Reduzierung der raumseitigen Kühllast Optimierung der Spaltmaße, Abstand Screen Verglasung Korrekte Auslegung freier Querschnitt oberer Nachströmspalt und Perforationsgrad Textilgewebe essentiell für gewünschten Kolbenströmung Festlegung der Volumenströme Reduzierung der Kühllast um ca. 30%
Fazit - Nutzen Fassaden-Mockup Absicherung neuer, komplexer Fassadenentwicklungen Mehr Planungssicherheit, Absicherung Auslegung TGA Messtechnische Überprüfung/Validierung Simulationsmodelle und Berechnungsalgorithmen Beseitigung Schwachstellen vor Umsetzung am realen Objekt bzw. vor Beginn Serienproduktion Höhere Zeit-/Kostenersparnis, Vermeidung kostenintensiver Nachbesserungen Vermeidung überhöhter Betriebskosten Absicherung Komfortanforderungen (thermisch und visuell) Erlebbarkeit der zukünftigen Bürowelten im Vorfeld
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Hans Erhorn Dipl.-Ing. Herbert Sinnesbichler Abteilungsleiter Energieeffizienz und Raumklima Gruppenleiter Evaluierung und Demonstration Fraunhofer IBP Stuttgart und Holzkirchen Fraunhofer-Institut für Bauphysik Holzkirchen hans.erhorn@ibp.fraunhofer.de herbert.sinnesbichler@ibp.fraunhofer.de Tel.: +49 711/970 3380 Tel.: +49 8024/643-241
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