Mikroklima und Gebäudeumfeld

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Mikroklima und Gebäudeumfeld
Pflichtfach Klimagerechtes Bauen SoSe 2010 | 06.05.2010
Prof. Dipl.-Ing. M. Sc. Econ. Manfred Hegger
Klimatische Maßstabsebenen
Makroklima - Mesoklima - Mikroklima
[Mikroklima] bezeichnet das
Klima im Bereich der
bodennahen Luftschichten bis
etwa 2 Meter Höhe, oder das
Klima, das sich in einem kleinen,
klar umrissenen Bereich (zum
Beispiel zwischen Gebäuden in
einer Stadt) ausbildet.
17. Mai 2009 | Fachbereich Architektur | Institut Entwerfen und Energieeffizientes Bauen | Prof. Manfred Hegger |
Makroklima - Mesoklima - Mikroklima
Die komplexen Wechselwirkungen zwischen
Gebäude und seinem anthropogenen oder
natürlichen Umfeld sind Entscheidend für die
Behaglichkeit in In- und Außenräumen.
Bei Missachtung kann es zu ungewollten
Effekten (Heat-Island-Effekt, Fallwinde) auf
der Gebäude- aber auch auf
Stadtklimatischer Ebene kommen
Quelle: Ökologisches Bauen; Krusche et. al.; 1982
Entwicklungen in der Stadtplanung
Innenstadt von Houston, Texas
Quelle: Energie Atlas; Hegger et. al.; 2007
Entwicklungen in der Außenraumplanung
Tessinerplatz, Zürich
Auswirkungen auf das Klima im Stadtraum
Beeinflussung des Mikroklimas: Autochthone Bauformen
Traditionelle Autochthone Bauformen
nutzen die Möglichkeiten zur
Beeinflussung des Klimas im
Gebäudeumfeld:
• Gezielte Verschattung von Innen- und
Außenräumen
Gebäudeumfeld:
Außenräumen
• Verdunstungskühlung (Adiabate
Kühlung)
Gebäudeumfeld:
Außenräumen
Kühlung)
• Querlüftung
Gebäudeumfeld:
Außenräumen
Kühlung)
• Querlüftung
• Einsatz Wärmespeichernder
Materialien
Beeinflussung des Mikroklimas: Aktuelle Beispiele
Aktuelle Beispiele
für eine
Optimierung des
Mikroklimas:
Offene
Regenwasserführ
ung und versickerung
Siedlung
Küppersbusch,
Gelsenkirchen,
Szyskowitz
Kowalski
Dachlandschaft zur Regenwasserrückhaltung, Wohnbebauung Wien, Delugan + Meissl
Dachbegrünung
Beeinflussung des Mikroklimas: Weiß statt grün?
Zur Kompensation der Wärmeemissionen des
Jahres-Energieverbrauchs der Schweiz (333`000
Mio. kWh) müsste eine Fläche von 2200 km²,
also 5% der Landfläche, weiss statt dunkel sein.
Weißdach
Energietechnik Jenni, Oberburg, CH
Schaffung von
Zwischenklimazon
en
Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Waageningen
Klimagerechtes Bauen
01 Mensch und Klima
Thermische Behaglichkeit
Oberflächen- und Raumtemperatur
PET
(Physiologisch äquivalente
Temperatur o. „gefühlte“
Temperatur):
•  Lufttemperatur
•  Strahlungstemperatur
•  Wasserdampfdruck
(Luftfeuchtigkeit)
• Windgeschwindigkeit
Wohlbefinden und Thermische Behaglichkeit
PET
Temperatur):
(Luftfeuchtigkeit)
Lufttemperatur und Oberflächentemperatur
PET
Temperatur):
(Luftfeuchtigkeit)
Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit
PET
Temperatur):
(Luftfeuchtigkeit)
Luftbewegung | Richtwerte DIN 1946-2
PET
Temperatur):
(Luftfeuchtigkeit)
Beschreibung des Meso- und Mikroklimas
Notwendige Klimadaten: Diagramme und Tabellen
Klimadiagramm
• Durchschnittliche
Monatstemperaturen
• Durchschnittlicher monatlicher
Niederschlag
Notwendige Klimadaten: Diagramme und Tabellen
Klimatabelle
Notwendige Klimadaten: Grafische Darstellung
Temperaturverläufe übers Jahr | über den Tag
ΔT: Tag/NachtTemperaturdifferenz
Unterschiedliche Klimatische Anforderungen nach Klimazonen
Arktis [kalt] | Murmannsk
Klimatische Anforderungen nach Klimazonen
Bedingungen: Ganzjährig niedrige
Temperaturen, Geringe Solare
Einstrahlungen
Anforderungen: Wärmespeicherung am Tag
für Nacht, Erhöhung der Temperatur im
Gebäudeumfeld, Reduzierung der
Windgeschwindigkeit (vor Allem im
Winter), Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im
Sommer möglich
Arktis [kalt] | Murmannsk
Behaglichkeitsbereich
Steppe [trocken-heiß] | Lima
Bedingungen: Ganzjährig hohe
Temperaturen, Hohe Solare Einstrahlungen,
Geringe Luftfeuchtigkeit
Anforderungen: Minderung der
Temperatur im Gebäudeumfeld am Tag,
Auskühlung in der Nacht, Erhöhung der
Durchlüftung, Erhöhung der
Luftfeuchtigkeit möglich
Subtropisch [feucht-warm] | Dakar
Hohe Luftfeuchtigkeit
Temperaturen am Tag, Erhöhung der
Durchlüftung, keine Erhöhung der
Luftfeuchtigkeit im Sommer möglich
Subtropisch [feucht-warm] | Tokio
Bedingungen: Hohe jahreszeitliche
Temperaturschwankungen, Hohe Solare
Einstrahlungen, Hohe Luftfeuchtigkeit
Durchlüftung, keine Erhöhung der
Luftfeuchtigkeit im Sommer möglich
Mediterran [gemäßigt] | Athen
Hohe Luftfeuchtigkeit
Durchlüftung, Erhöhung der Luftfeuchtigkeit
möglich
Kontinentales Klima [gemäßigt] | Chicago
Bedingungen: Hohe jahreszeitliche
Temperaturschwankungen, Hitze und Kälte,
Hohe Luftfeuchtigkeit im Sommer
Temperaturen im Sommer und Erhöhung im
Winter und Übergangszeiten, Speicherung
für die Nacht, Erhöhung der Durchlüftung im
Sommer, Reduktion im Winter, Keine
Erhöhung der Luftfeuchtigkeit möglich
02 Klimatische Verbesserung des Gebäudeumfeldes
Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld
Ziele: Bessere Nutzbarkeit des öffentlichen Außenraumes
Ziele:
Verbesserung des Stadtklimas und
Attraktiverung des öffentlichen Raumes in
Cafés, auf Plätzen und in Parks
Dänische Königliche Bibliothek, Schmidt, Hammer and Lassen, Kopenhagen 17. Mai 2009 | Fachbereich Architektur | Institut Entwerfen und Energieeffizientes Bauen | Prof. Manfred Hegger |
Ziele: Bessere Nutzbarkeit des privaten Außenraumes
Ziele:
Erhöhung [Verlängerung] der
Nutzbarkeit des privaten und
halbprivaten Außenraumes in
Gärten, auf Loggien, Terrassen und
Wohnhöfen
Thalmatt II, Atelier 5, Herrenschwanden
Ziele: Bessere Nutzbarkeit des privaten Außenraumes
Ziele:
Erhöhung [Verlängerung] der
Nutzbarkeit des privaten und
halbprivaten Außenraumes in
Gärten, auf Loggien, Terrassen
und Wohnhöfen
und klimatischen Zwischenzonen
> zur Reduktion der [beheizten]
Wohnfläche
Wohnhaus, Georg Reinberg
Ziele: Erweiterung des Wohn- und Lebensraumes auf [unbeheizte]
Zwischen- und Außenbereiche
Wohnfläche
> Schaffung eines lebendigeren
und vielfältigeren Raumangebotes
Fahrt ins Grüne, Kalhöfer – Korschildgen, Remscheid
Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld:
Wohnfläche
Wohnhaus in Santiago de Chile, FAR frohn & rojas, Santiago de Chile
Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld:
Wohnhaus in Santiago de Chile, FAR frohn & rojas, Santiago de Chile
Strategien
Reflexion [Albedo], Absorption, Speicherung und Emission
Strategien
Reflexion [Albedo], Absorption, Speicherung und Emission
Reflexionsvermögen (Albedo), Absorptions- und Speichervermögen,
Emissionsvermögen, (Krusche S.35/36)
Strategien
Reflexion [Albedo]
Reflexionsgrad [Albedo]
verschiedener Fassaden- und
Dachmaterialien sowie
Bodenbelägen
Strategien
Reflexion und Absorption
Abhängigkeit von Lufttemperatur
und Albedo
Strategien
Abhängigkeit von Lufttemperatur
und Art des Bodenbelags
Strategien
Verbesserung des
Mikroklimas durch gezielte
Reflexion, Absorption und
Speicherung solarer
Wärme mit Hilfe von
Vorzonen, Vordächern,
Dachüberständen
Strategien
Verschattung und Besonnung
Strategien
Verbesserung des
Verschattung und
Besonnung mit Hilfe von
Pflanzen [Bäume, Hecken]
Auswahl nach
Schattenwurf, Laubart,
etc.
Strategien
Verbesserung des
Verschattung und
Besonnung mit Hilfe von
Fassadenbegrünung
Strategien
Strategien
Erhöhung der Reflexion und
Verbesserung der Belichtung, durch
Wasser- und Kiesflächen
Strategien
Adiabate Kühlung [Latente Wärme]
Strategien
Für den Übergang von Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand
[Verdampfen] muss Energie zugeführt werden. Die dazu benötigte Energie wird
der Umgebungsluft [als Wärme] entzogen und kühlt sie dabei ab. Man spricht
dabei von Verdunstungskälte (der Umgebung) bzw. Verdampfungswärme.
Wohnbebauung Küppersbuschgelände, Gelsenkirchen, Szyskowitz Kowalski
Strategien
Alhambra, Granada
Strategien
Strategien
Autobahnraststätte bei Abbeville (F)1998, Bruno Mader
Strategien
Wohnbebauung Küppersbuschgelände,
Szyskowitz
Kowalski
Autobahnraststätte beiGelsenkirchen,
Abbeville (F)1998,
Bruno Mader
Strategien
Entsiegelung, offene Versickerung und Dachbegrünung
Strategien
Heat-Island-Effekt | Entsiegelung und offene Versickerung
Strategien
Strategien
Strategien
Durch Erhöhung der
Ausnutzungsziffer (GFZ) kann
die Frei- und Versickerungsfläche
um ein Vielfaches vergrößert
werden.
Strategien
Ab Gebäudehöhen oberhalb der
Baumgrenze (3 bis 4geschossig) steigt der
Flächenzuwachs jedoch nur noch
gering.
Hochhäuser bringen kaum
Zuwachs an Grünflächen.
Strategien
Heat-Island-Effekt | Dachbegrünung
Dachlandschaft zur Regenwasserrückhaltung, Forschungszentrum Wageningen, Behnisch und Partner
Strategien
Heat-Island-Effekt | Dachformen und Dachbegrünung
Strategien
Wind und natürliche Belüftung
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Seewinde
Beachtung und Nutzung von
Land- und Seewinden [Thermik]
zur Kühlung und Belüftung von
Außen- und Innenräumen
zur Senkung der
Temperaturschwankungen
zwischen Tag und Nacht
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Hang- und Talwinde
Beachtung und Nutzung von
Hang- und Talwinden [Thermik]
zur Belüftung von Außen- und
Innenräumen und zur Steuerung
von Kaltluftströmungen
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Topografische Lage
Die Topografische Lage beeinflusst das Mikroklima im Gebäudeumfeld
> zusätzliche Wärmeverluste von bis zu 100%
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Frischluftzufuhr
Die Frischluftzufuhr von Städten – insbesondere in Frischluftschneisen - wird
durch Bebauungshöhe und Bebauungsart gesteuert
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Bebauungsdichte und -höhe
Die Frischluftzufuhr von Städten –
insbesondere in Frischluftschneisen
- wird durch Bebauungshöhe und
Bebauungsart gesteuert
In Stadtzentren kann die
Windgeschwindigkeit in Bodennähe
um bis zu 35% geringer sein als im
freien Gelände.
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Bebauungsstruktur
Die Frischluftzufuhr von Städten –
insbesondere in Frischluftschneisen
- wird durch Bebauungshöhe und
Bebauungsart gesteuert
Die Höhe und Stellung von
Gebäuden kann aber auch zur
Erhöhung der Windgeschwindigkeit
oder zu Verwirbelungen führen.
Strategien
Wind und natürliche Belüftung | Windschutz
Über Höhe und Art von
Bepflanzungen [Hecken, Bäume]
kann die Windgeschwindigkeit
beeinflusst werden.
Quelle: Katzschner
Strategien
Kombination von Maßnahmen
Strategien
Kombination von Maßnahmen
Strategien
Kombination von Maßnahmen – Zitronenkulturanlagen am Gardasee
Temperaturerhöhung und
Klimaausgleich des Sees
Erhöhung der Sonneneinstrahlung
durch Reflexion an der
Wasseroberfläche und durch die
weißen Mauern
Ablenken der nächtlichen
Kaltluftströmung des Hangs durch
höhere Umfassungsmauern
Strategien
Kombination von Maßnahmen – Limone, Largo di Garda
03 Nutzung des Mikroklimas zur
Klimatische Verbesserung des Innenraumklimas
Strategien
Zonierung | konzentrisch, linear, geschossweise
Durch unterschiedliche Zonierung und Orientierung der Räume in Grundriss und
Schnitt kann das Mikroklima zur Verbesserung des Innenraumklimas und zur
Reduktion der Energiebedarfe genutzt werden.
Strategien
Zonierung | gedeckte Außenbereiche
Durch unterschiedliche Zonierung
und Orientierung der Räume in
Grundriss und Schnitt kann das
Mikroklima zur Verbesserung des
Innenraumklimas und zur Reduktion
der Energiebedarfe genutzt werden.
Nutzung von gedeckten
Außenbereichen zur
Wohnraumerweiterung
Strategien
Natürliche Belüftung | Querlüftung
Möglichkeit zur vollständigen Öffnung von Innenräumen und gedeckten
Außenbereichen zur Querlüftung
Strategien
Natürliche Belüftung | Querlüftung
Möglichkeit zur vollständigen
Öffnung von Innenräumen und
gedeckten Außenbereichen zur
Querlüftung
Izuna House, Honshu
Strategien
Natürliche Belüftung | Auftrieb und Kamineffekt
Nutzung des natürlichen Auftriebs und des Kamineffekts zur besseren Belüftung
von Innenräumen
Belüftung eines
Termitenhügels
Quelle: SolPower, Behling
Strategien
Natürliche Belüftung | Auftrieb und Kamineffekt
Nutzung des natürlichen Auftriebs und des Kamineffekts zur besseren Belüftung
von Innenräumen
Quelle: Technologie des ökologischen Bauens, Daniels
Strategien
Natürliche Belüftung | Kamineffekt
Nutzung der vorherrschenden
Windrichtungen zur besseren
Belüftung von Innenräumen
Strategien
Nutzung der
vorherrschenden
Windrichtungen und
des Kamineffekts zur
besseren Belüftung
von Innenräumen
Windtürme in
Heyderabad
Strategien
Universitätsgebäude
Leicester, Short &
Ford
Strategien
Arup Campus, Arup
Associeates, Solihull
Quelle: Energieefﬁzientes Bauen, Hawkes, Dean, Forster
Strategien
Arup Campus, Arup
Associeates, Solihull
Schaffung von Synergien:
Kombination mit der Verbesserung der
natürlichen Belichtung
Schaffung von Gemeinschafts- und
Begegnungsflächen
Strategien
Natürliche Belüftung | Venturiflügel
Design Center Linz, Thomas Herzog
Natürliche Belüftung
von großflächigen und
nutzungsflexiblen
Hallen
Strategien
Natürliche Belüftung
von großflächigen und
nutzungsflexiblen
Hallen
Strategien
04 Beispiele
Beispiele
Wald- und Naturforschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen
Beispiele
Wald- und Naturforschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen
Beispiele
Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen
Beispiele
Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen
Natürliche Belüftung und
Klimatisierung der Büros
Reduktion der
Zulufttemperaturen durch
Adiabate Kühlung
Reduktion der beheizten
Nutzfläche durch Verlegung
der Erschließung in die
Atrien
Beispiele
Prisma- Haus, Auer Weber + Partner, Frankfurt
Beispiele
Fortbildungsakademie Mont-Cenis, HHS mit Jourda et Perraudin, Herne
Beispiele
Beispiele
Beispiele
Beispiele
Beispiele
Beispiele
Beispiele
GSW Hauptverwaltung, Sauerbruch Hutton, Berlin
Umbau, Erweiterung und
Sanierung eines
bestehenden Hochhauses
Beispiele
Venturiflügel zur Verbesserung des Auftriebs in der Doppelfassade
Spoiler zur Reduktion von Fallwinden
Beispiele
Sonnenschutz in der Doppelfassade ermöglicht eine natürliche Belüftung der
Büros
Beispiele
Entwicklung von Belüftungselementen zur Querlüftung der Einzelbüros unter
Einhaltung der Brandschutzabforderungen
Beispiele
Wissenschaftspark, Kiessler + Partner, Gelsenkirchen
Beispiele
Beispiele
Beispiele
Bürogebäude Biotop, Georg Reinberg, Weidling
Beispiele
Wohnbebauung
Wo
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g Küppersbuschgelände,
Küp
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pe
ersbuschgelände, Gelsenkirchen, Szyskowitz
Szyskow
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Kow
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Beispiele
Winter
Bürogebäude Fm Biotop, Weidlingen, Georg Reinberg
Wohnbebauung
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g Küppersbuschgelände,
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Ausblick
Pflichfach Klimagerechtes Bauen
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