Thermische Bauteilaktivierung
Transcrição
Thermische Bauteilaktivierung
NEUES AUS DER FORSCHUNG FÜR DIE LEHRE Forschungsgeleitete Lehre Karin Stieldorf Vienna University of Technology NEUER SOZIALER WOHNBAU - FÜR ALLE! REFUGEES@HOMES URGENTLY NEEDED 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 FORSCHUNGSPROJEKT Make Your City (Smart) ! ffg Smart City 6 Sondierung quelle: Holzmarkt.com Ausgangslage übergeordnete Ziele • 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 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. 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. 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 historische Beispiele Referenzen LeCorbusier, Domino-House, 1914 historische Beispiele Eric Friberger, Schnitt Däckshus, Göteborg, 1960 Filip Dujardin, Untitled, Fictions #9 (2010) historische Beispiele Filip Dujardin, Untitled, Fictions #4 (2009) Grundbau und Siedler, Köln, Sozietät für Architektur Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Grundbau und Siedler, Köln, BeL Sozietät für Architektur Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Ritterstraße 50 - Jesko Fezer, Berlin Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Ritterstraße 50 - Jesko Fezer, Berlin Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Das neue Stadthaus - Raith NonConform Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Primärrohbau, Sekundärausbau in Eigenleistung Europäische Schule in Frankfurt, NKBAK Architekten Fertig vorausgebaute, stapelbare Raummodule Europäische Schule in Frankfurt, NKBAK Architekten Fertig vorausgebaute, stapelbare Raummodule 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 05 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm 20-40 SBZ Plan 1,5 cm Gipsinnenputz 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm STB-Beton-Wand 1,5 cm Gipsinnenputz 4 1 4 1 4 1 WAND 02 4 1 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm 20-40 Objekt Plan Lehmziegel 3,0 cm Lehminnenputz 4 1 WAND 04 36,0 cm Vollwärmeschutzfassade 20,0 cm Porotherm 20-40 Objekt Plan 1,5 cm Gipsinnenputz 4 1 WAND 01 4 1 Putzträgerplatte, Heraklith Hinterlüftung bzw. Holzquerlatten 5/5 OSB-Platte TJI/PRO-350-Stiele / Zellulosedämmung DWD-Platte diffusionsoffen Installationsebene bzw. Holzquerlatten 5/5 Gipsfaserplatte 50 360 360 220 360 220 220 360 220 360 360 360 200 10 30 200 10 221 24 24 500 221 221 7 14 10 14 10 14 15 14 10 14 10 14 10 14 10 14 10 2 10 14 10 14 10 14 10 14 10 14 11 14 10 14 10 14 402 402 4 30 95 58 15 15 221 30 6 4 6 20 20 15 10 10 15 10 10 30 38 50 15 15 50 18 18 30 30 15 4 5 10 6 10 20 15 4 5 10 6 10 20 5 5 280 356 360 16 38 16 50 1 4 20 1 4 20 2,0 cm 5,0 cm 1,6 cm 35,6 cm 1,8 cm 5,0 cm 1,5 cm 4 1 WAND 03 7 3 49 14 10 14 10 14 14 10 14 10 14 15 10 14 10 14 10 10 14 10 14 10 2 14 10 14 10 14 11 14 10 14 10 14 3 402 402 70 60 71 71 201 60 70 201 402 201 201 201 201 402 34,0 90,8 118,1 145,0 233,9 14,5% 38,8% 50,5% 62,0% 100,0% Effective heat capacities [kJm-2K-1] (acc. to EN ISO 13786) 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 29 Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand05 28.5 28 Lufttemperatur [°C] 27.5 27 26.5 26 25.5 25 24.5 24 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 Zeit [h] Smart Buildings – Planning for the future 2010 114 120 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 20.5 20.4 20.3 20.2 20.1 20 19.9 Lufttemperatur [°C] 19.8 19.7 19.6 Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand05 19.5 19.4 19.3 19.2 19.1 19 18.9 18.8 18.7 18.6 18.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Uhrzeit [h] Smart Buildings – Planning for the future 2010 21 22 23 24 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 21 20.5 20 19.5 19 Lufttemperatur [°C] 18.5 18 17.5 Wand01 Wand02 Wand03 Wand04 Wand04a Wand05 17 16.5 16 15.5 15 14.5 14 13.5 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Zeit (Tag Nr.) 7 8 9 10 11 12 13 14 ENTWURF - RICHTLINIEN Optimierungsmaßnahmen Baukörper Optimierungsziele: Reduktion der Wärmeverluste über die Gebäudehülle Parameter: Optimierung der passiven solaren Gewinne Optimierung der Tageslichtnutzung Optimierung der Erträge aus PV und Solarthermie Optimierung sommerliches Temperaturverhalten Unterschiedliche Wechselwirkungen Kompaktheit Verglasungsanteil der Südfassade Integration von PV und Solarthermie in südorientierte Außenbauteile der Gebäudehülle DESIGN GUIDELINES PARAMETER FÜR SIMULATIONSREIHEN • • • • • • Standort Orientierung Bauweise Baukörper Verglasungsanteil in der Südfassade Verschattungssituation BAUPRODUKTE – MANAGEMENT ökologischer Vergleich von Baustoffen Type PEI GWP [kg AP [kg OI3 [MJ/m²] CO2/m² SO2/m³] U Wert Wand- [W/m²K] stärke [cm] Stahlbeton 1.130,44 87,61 0,36 64 0,116 50,49 1.112,33 59,05 0,25 44 0,115 56,69 701,75 -29,29 0,26 17 0,116 50,30 446,48 -147,15 0,22 -16 0,090 67,34 350,26 -79,12 0,18 -14 0,122 49,40 Außenwand, WDVS Hochlochziegel Außenwand, WDVS HolzständerAußenwand, hinterlüftet S-HOUSE Wandaufbau Stegträger Strohwand VERGLEICH DES WÄRMEBEDARFS unterschiedlicher Standorte in Österreich Wien Orientierung V1 V2 Innsbruck V3 V1 V3 V1 V2 Mallnitz V3 V1 V2 V3 135° 6,43 5,38 4,66 6,1 4,64 3,2 8,49 8,11 6,64 11,83 8,12 8,26 150° 4,9 4,22 4,18 5,71 3,46 2,62 8,12 6,48 4,77 11,49 7,78 5,77 165° 3,99 3,98 3,92 5,41 3,17 2,27 7,84 6,17 4,47 11,24 7,53 5,43 180° = süd 3,95 3,92 3,81 5,34 3,07 2,19 7,66 6,06 4,39 11,13 7,43 5,24 195° 3,97 3,95 3,85 5,4 3,21 2,43 7,79 6,15 4,57 11,19 7,5 5,39 210° 4,04 4,07 4,12 5,67 3,59 2,77 8,04 6,43 4,93 11,4 7,74 5,7 225° 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 RHnV1W2 RHnV1W3 RHnV1W RHnV1W4 RHnV1W5 RHnV1W6 V2 Klagenfurt Orientierung der „Süd“-Fassade 165° Orientierung der „Süd“-Fassade 150° Orientierung der „Süd“-Fassade 135° Orientierung der „Süd“-Fassade 180° Orientierung der „Süd“-Fassade 195° Orientierung der „Süd“-Fassade 210° 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 VERGLEICH DER SOMMERTAUGLICHKEIT unterschiedlicher Standorte in Österreich Thermische Bauteilaktivierung Klaus Kreč Büro für Bauphysik Schönberg am Kamp © Dr. Klaus Kreč Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen Institut für Architektur und Entwerfen Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 33 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Beton Heizund Kühlregister Bewehrung Quelle: REHAU - Akademie © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 34 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Beton Heizund Kühlregister Quelle: Zement+Beton Baustahlgitter Fertigteil-Decke © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 35 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Quelle: © Aichinger © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 36 Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Quelle: © Aichinger © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 37 Vorgangsweise Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke 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 Verwendetes Wärmebrückenprogramm: AnTherm V7.126 © 2014 M. Kornicki Rohrregister Berechnungsergebnisse: Temperaturverteilungen, Wärmeströme, Thermische Leitwerte Berechnungen stationär (zeitunabhängig) und instationär (zeitabhängig) © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 38 Vorgangsweise Thermische Bauteilaktivierung der Geschoßdecke Berechnungsmodell Bild der Wärmestromlinien Rohr 17 x 2,0 50 mm Überdeckung d … Breite des Berechnungsausschnitts © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien d d … Achsabstand der Rohre 8. März 2016 Folie 39 Vorgangsweise PARAMETERSTUDIEN 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 Ergebnisse PARAMETERSTUDIEN Parameterstudie: Betonüberdeckung / Achsabstand der Rohre Rohr 17 x 2,0 © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 41 Auswertung PARAMETERSTUDIEN Parameterstudie: Betonüberdeckung + Achsabstand der Rohre Λ Anwendung: q= Λ ⋅ (Θ r − Θ u ) Betonüberdeckung: 50 mm q … flächenbezogene Wärmeabgabeleistung [Wm-2] Θr … Temperatur des Heizmediums („Rohr“) [°C] Θu … Lufttemperatur im Raum unter der Decke [°C] Rohr 17 x 2,0 © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 42 Heizmitteltemperatur Quelle: © S. Handler Quelle: © S. Handler Wärmepumpe Sonnenkollektor Strombedarf gedeckt z. B. durch: Photovoltaik, Windstrom, Nachtstrom, … Niedertemperaturheizung ideal für die Nutzung Erneuerbarer Energien © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 43 Beispiel: Solarthermie - Bauteilaktivierung Gemeindezentrum Hallwang (Salzburg) © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 44 Heizungsunterbrechung Instationäre Berechnungen Tagesverlauf der Wärmeabgabeleistung bei 8-stündiger Beladungszeit qs (t ) qs (t ) © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 45 Heizungsunterbrechung Instationäre Berechnungen Tagesverlauf der Oberflächentemperatur bei 8-stündiger Beladungszeit Θ s (t ) Θ s (t ) © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 46 Thermischer Komfort Modellraum Grundriss Lichte Raumhöhe: 2,90 m © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 47 operative Temperatur Modellraum Berechnung der operativen Temperatur Gegenüberstellung: rein konvektive Beheizung ↔ Bauteilaktivierung Annahmen: Standort: Klagenfurt Klima: mittlerer Januar-Tag Soll-Temperatur: 20,0 °C Bauteilaktivierung Rohr 17 x 2,0 Rohrabstand: 15 cm Betonüberdeckung: 5 cm Registerfläche: 24,5 m2 Aktivierung der Decke Selbstregelungseffekt der Bauteilaktivierung © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 48 Temperaturverteilung Modellraum Thermischer Komfort Strahlungsfeld im Raum 19.0 19.2 19.4 19.6 19.8 20.0 20.2 20.4 19.8 0.5 1.0 20.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 beheizte Deckenfläche: 24,5 m2 4.0 4.5 20.5 5.0 5.5 19.5 6.0 6.5 -0.5 mittlerer Januar-Tag, 800, Klagenfurt © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 Horizontalschnitt:1,80 m über dem Fußboden 8. März 2016 Folie 49 Temperaturverteilung Modellraum Thermischer Komfort Strahlungsfeld im Raum 19.2 19.4 19.6 19.8 20.0 20.2 20.4 20.6 19.4 0.5 20.0 1.0 1.5 2.0 3.5 Decke 3.0 Fußboden 2.5 21.0 4.0 20.5 4.5 5.0 5.5 20.2 6.0 6.5 mittlerer Januar-Tag, 800, Klagenfurt © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Vertikalschnitt durch Fenster nord 8. März 2016 Folie 50 Literatur Forschungsbericht: „Energiespeicher Beton“ Klaus Kreč wird publiziert in der Schriftenreihe des im Auftrag der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie http://www.nachhaltigwirtschaften.at/publikationen/schriftenreihe.html Planungsleitfaden: verfügbar seit 15. April 2016 © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 51 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. Arbeitsgruppe Nachhaltiges Bauen Institut für Architektur und Entwerfen Dr. Kreč Büro für Bauphysik Schönberg am Kamp www.krec.at © Dr. Klaus Kreč Workshop TU Wien 8. März 2016 Folie 52 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 LISI – THE HOUSE c Aufbau LISI – The House of Solar Decathlon Team Austria 2013 55 Contest 10 – energy balance LISI – The House of Solar Decathlon Team Austria 2013 56 HILFE FÜR GEBÄUDE-NUTZER Nutzerverhalten Reloaded 57 MONITORING DES TUHOCHHAUSES Feedback für Projekte und Weiterentwicklung TU Wien und Partner (Schöberl & Pöll GmbH, …..) TU Wien und Partner (Schöberl & Pöll GmbH, …..) TU Wien und Partner (Schöberl & Pöll GmbH, …..) Energieverbrauch in Bürogebäuden in kWh/m2 500 400 300 Ertrag durch Fotovoltaik in kWh/m2 200 100 0 Derzeitiger Standard Plus-Energie-Bürohochhaus Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!