Typologien IV | Sonderbauten

Typologien IV | Sonderbauten
Pflichtfach Klimagerechtes Bauen SoSe 2010 | 17.06.10
Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt
Strategien des Ressourcenschonenden Bauens
Aus dem Energiebedarf
Strategien des Ressourcenschonenden Bauens
Aus dem Energieangebot
Sonderbauten
Laborbauten
Shopping-Center
Kirchen
Vortrags- und Konzertsäle
Forschungsgebäude
Gebäudetypus Labor
Forschungsgebäude
Räumliche Voraussetzungen für
wissenschaftliches Arbeiten
Forschungsgebäude
Gebäudetyp Labor
Der Gebäudetypus „Labor“ ...
  repräsentiert in Programm und Technologien Stand und Kultur unserer Zeit
14. Jahrhundert
Kathedralen
cathedrals
 
 
19. Jahrhundert
Bahnhöfe
stations
20. Jahrhundert
Bürogebäude
office buildings
21. Jahrhundert
Bauten für die Wissenschaft?
science buildings?
bindet und konsumiert in erheblichem Umfang natürliche Ressourcen
(5-10facher Energieverbrauch eines Bürogebäudes)
befindet sich in den Anfängen der typologischen Entwicklung
(Organisationstypologie, Nutzungstypologie, Gebäudetypologie, Logistik)
Laborgebäude sind die bauliche Manifestation unserer Wissensgesellschaft
Forschungsgebäude
Individuum und Gesellschaft
 
 
 
 
 
 
 
Positive Entscheidungsfaktoren im „Kampf um die Köpfe“
Standortpolitik
Gesellschaftliche Zustimmung, Imagefaktoren
Einkommen
Corporate Identity
Arbeitsplatzqualität
Gestaltbarkeit der Arbeitsumwelt
- Layout
- Klima
- Einrichtung
Forschungsgebäude
Der Arbeitsplatz | Anforderungen und Bedarfe
Arbeitsplatz-Zufriedenheit durch
  Quantitatives/erfahrbares Raumangebot
  Sicherheit und Gesundheitsschutz
  Informations- und Wissenssysteme
  Konzentration + Kommunikation
  Tageslicht + Ausblick
  sinnlich erfahrbares Raumerlebnis
Forschungsgebäude
Persönliche Kommunikation
Förderung der individuellen
Kommunikation durch
  Offenheit
  Einladende räumliche
Gesten
  zusammenhängende
räumliche Einheiten
(common space)
  individualisierte Arbeitsplätze
(home base)
  bessere Verknüpfung von
Labor- und Büroarbeit
Forschungsgebäude
Teamkommunikation
  Stützung der Teamstruktur durch
  Räumliche Identität für Teams
  Anregende Aufenthalts- und
Verweilangebote mit Wohlfühlqualität
  Besprechungszonen
  Teeecke, Kaffeebar, Lounge
  Freiraum auf Etage (Balkon, grünes
Zimmer)
  Kommunikationsrituale
Forschungsgebäude
Freizeit
 
 
 
 
 
 
 
 
Mitarbeiterbindung durch
Work-life-balance
Freiräume zur Entspannung
Teilzeitarbeit und Job-sharing
Freizeit-, Sport- und Wellnessangebote
persönliche Balance: Individuum / Gemeinschaft
räumliche Balance: Konzentration / Entspannung
Meditative Qualitäten von Raum
Quelle: bene
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie
Kosten- und Energieeffizienz
Forschungsgebäude
Ökonomie | Kosteneffizienz bei Investitionen
  Methoden, die Kosteneffizienz bei Neubauten
zu steigern
  Lebensdauergerechte Systeme / Bauteile
  Standardisierung und Vorfertigung von
Installationslelementen
  Standardisierung der Einrichtung
  Auswirkungen auf die Planungs- und
Bauprozesskette
  Gestraffte Planungsabläufe
  Geringe Fehlerquoten
  Kürzere Bauzeiten
  Niedrigere Investitionskosten
  Erhöhte Anpassungsfähigkeit
  Längerfristiger Betrieb
15-20%
Optimierungspotenzial
Standardisierung
20-25%
Optimierungspotenzial
Vorfertigung
100%
55-65%
Konventionelle
s
Gebäude
Steigerung der Kosteneffizienz bei
Investitionen durch
Standardisierung und Vorfertigung
Forschungsgebäude
Ökonomie | Baukosten – zurecht gerückt
  Die Gesamtkosten der
pharmazeutischen Forschung:
  Gerechnet über 25 Jahre Lebensdauer
  Baubezogene Kosten nur ca. 14 % der
Gesamtkosten der Forschung
  Personalkosten überwiegen bei weitem
  Nutzerzufriedenheit, Gesundheit und
Engagement der Mitarbeiter werden zu
entscheidenden Faktoren für die GesamtWirtschaftlichkeit
  Baubezogene Kosten:
  Laufende Kosten überwiegen die
Erstinvestition (1/4)
  Bauunterhaltung, Wartung, Reinigung,
Energie sind entscheidende Kostengrößen
  Standort/Grundstückskosten nicht
entscheidend
  Niedrigere Investitionskosten
  Erhöhte Anpassungsfähigkeit und
Längerfristiger Betrieb
Forschungsgebäude
Ökonomie | Kosteneffizienz beim Gebäudebetrieb
Kosten in %
  Wirtschaftliche Bedeutung
  Über die Gebäudelebensdauer betragen die
Betriebskosten ein Mehrfaches der
Investitionskosten
  Durch Konzeption und Planung
500
beeinflussbare Größen:
- Energie
400
- Reinigung und Wartung
- Technische Dienste
300
- Bauliche Anpassungsprozesse
Nutzung
200
e
Wohngebäud
100
Bauphas
e
0
Jahre
10
20
30
40
50
Forschungsgebäude
Ökonomie | Kosteneffizienz beim Gebäudebetrieb
Gebäudelebensdauer-abhängig können
erhöhte Investitionskosten niedrigere
Betriebskosten und eine verbesserte
Gesamt-Wirtschaftlichkeit zur Folge haben.
300
  Bauteil-/Latentspeicher zur
Amplitudendämpfung der Temperaturen
(Schutz vor Überhitzung)
  Verzicht auf statische Heizflächen
  Gute Tageslichtnutzung
  Leicht zu reinigende Oberflächen
Kosten in %
  Bedarfsgerechte Luftwechsel
200
Break
even
point
Nutzung
120
Zusatzinvestition für Optimierung
100
Investitionskosten Standardgebäude
0
Jahre
10
20
30
40
Bauphas
e
50
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz
  Senkung der Betriebskosten bei stark gestiegenen Primärenergiepreisen
  Reduzierter Eintrag von Emissionen/Lasten in Räume (gelüfteter Raum gelüftete Einrichtung - gelüfteter Versuch)
  Reduzierte Luftwechselraten
  Energieeffiziente Gebäudetechnik
  Intelligente, nutzungs- und risikogesteuerte Lüftungstechnik
Bestimmende Faktoren im Forschungsgebäude
  Luftwechselrate
  Anzahl Digestorien
  Dimensionierung der technischen Systeme
  Regelungssysteme
  Geschultes Personal
  Energiemanagementsysteme
  Tageslicht/Kunstlichtbedarf
  Energieeffiziente labortechnische Systeme
  Umfang der Energieerzeugung auf dem eigenen Gelände
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieverbrauch
kWhxa / m²BGF
 Strom / Gas
1973
2003
Bürogebäude
1973
1979
1980
1993
Laborgebäude
1999
2003
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz
Beispiel Cafeteria WSJ 355 EG, Novartis
Campus
  Erdgeschossige Fläche in Nord-WestOrientierung
  Selbstverschattende Arkadensituation
  Dynamische Simulation des
Zusammenspiels von Gebäudegeometrie,
thermoaktiver Gebäudemasse, Verglasung
und Sonnenschutz
  Berücksichtigung der äußeren und inneren
Lasten
Generalplaner: EUROLABORS AG
Architekten: David Chipperfield Architects
Ingenieure: gb consult ag
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz
Anforderungen:
  Sichtbetondecke, im Deckenbereich keine
Installationen gewünscht
  Frischluft wird im Fensterbereich
eingebracht
  Verglasung mit u-Wert 0,5 W/m²K; g-Wert
36%, mit Sonnenschutz außen 7%
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz
Ergebnisse der Simulation (heißer
Sommertag):
  Berücksichtigung der Direkt- und der DiffusStrahlung
  Ca. 5 °K höhere Innentemperaturen ohne
Sonnenschutz
  Hohe bauliche Speichermasse verzögert
Aufheizung
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz
Lösung:
  In die Theke integriertes UmluftKühlsystem
  Lokale Gewährleistung der
Komforttemperatur an heißen
Sommertagen
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieeffizienz und Gesundheit
Quelllüftung
Injektionslüftung
schlechte Käfigdurchlüftung
<10facher
Luftwechsel /h
15facher Luftwechsel /
h
Luftverwirbelungen
turbulenzarme
Luftführung -> hoher
Personenschutz
Tierhaltung IPAS, Hamburg
Forschungsgebäude
Ökonomie und Ökologie | Energieverbrauch und Gebäudebetrieb
  Bedarfsgerechte Luftwechselraten durch
  intelligente Steuerungstechnik
  Baulich/räumliche Anpassungen der
Raumkonfiguration an
Nutzungsanforderungen [lab cubicle]
  Gelüfteten Versuch statt gelüfteten Raum
[gekapselte Experimente]
  Nachweis der „ausreichenden“ und „jederzeit
wirksamen“ Raumlüftung auch bei geringen
Luftwechselraten [Simulation]
Lüftungsbedarf pro Tag in m³ für ein 40m²- Labor mit 3m lichter
Raumhöhe. Optional Nachtabsenkung [NA] über 12 Stunden auf
2fach / 1fach.
-40%
-40%
-50%
8-facher LW
8-facher LW
4-facher LW
2-facher LW
DIN 1946-7
mit NA
Mit NA,
Büroähnlich
robot lab,
e Struktur:
gekapselte
virtual lab
Experimente
Forschungsgebäude
Architektur | Raum und Struktur
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Anpassungsfähiger Raum
Veränderbarkeit
  anpassungsfähige Raumeinheiten
  standardisierte Raumstrukturen mit alternativen
Ausbaulösungen („lab units“)
Wirtschaftlichkeit
  Synergien durch gemeinsame Nutzung der
Ausstattung
  Schnelle und kostengünstige Neukonfiguration
benutzter Bauelemente
  Anpassung der Gebäudetechnik (Luftwechsel
etc.) an Nutzungsanforderungen
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Architektur und Technik
  Herstellung der räumlichen Gliederung in modularisierter/
elementierter Bauweise
  Wirtschaftlichkeit und Variabilität durch Beschränkung auf wenige
Standardelemente
  Fügetechnik mit lösbaren Verbindungen
  Zerstörungsfrei reversible Bauteilanschlüsse/lösbare
Verbindungen
Installationsraster (H.Lüdi)
USM-Möbelsysteme (Haller)
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Architektur und Arbeitsumfeld
  Hohe Qualität der Arbeitsumwelt im Innenraum
und im Arbeitsumfeld [Standort, Grundstück,
Innenraum]
  Schaffung von Raumerlebnissen [Motivation,
Emotion]
  hohe akustische, haptische und räumliche
Aufenthaltsqualitäten
  Kommunikationsfördernde räumliche Strukturen
  Freiraumbezüge und Nutzungsangebote im
Außenraum
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Laborgebäude und Corporate Identity
 
 
 
 
 
Identitätsstiftender Beitrag der Architektur nach Innen, zur Mitarbeiteridentifikation und -bindung
Attraktivität nach Außen
Beitrag zur Stärkung des Universitäts- und Forschungsimages
Wettbewerbsvorteil im Wettstreit um Studierende und Forschende
Wettbewerbsvorteil im globalen „Kampf um die Köpfe“
Entwicklung eines Raumsystems anstelle einzelner
Standardräume.
Raummodule ersetzen Raumtypen als kleinste planerische
Grundeinheiten.
Nutzungseinheiten sind innerhalb der Raummodule auf der
Grundlage der funktionalen Raumanforderungen
herstellbar und kombinierbar.
Raumgrößen sind innerhalb der definierten
Nutzungsbandbreite frei wählbar; spätere Raumteilungen
oder
-zusammenlegungen bleiben möglich.
Modultiefen – und kombinationen
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Konzept und Maßgrundlagen
3,60
3,60
5,40
4,80
7,20
1,80
3,60
0,90
2,40
1,80
0,90
90er
Raster
60er
Raster
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Raummodule für Labornutzung
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Raummodule für Büro- und Auswertezonen
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Raummodule für Sozialbereiche
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Musterlayouts
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Anpassungsfähige Grundeinheiten
Lab Unit als räumliche Standardeinheit
  Größter „gemeinsamer Nenner“ für die Laborumwelt
  Identische Bau- und Installationsgrundlagen
  Vorschriftengerechte Nutzungsvorgaben
  Vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeiten entsprechend
Bedarf
  Veränderbarkeit im Lebenszyklus
  Anwendbar auf Neubauten wie auf
Bestandsentwicklung
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Anpassungsfähige Grundeinheiten
Beispiel WSJ 355, Novartis
Campus
  Stützenfreies Labor über acht
Laborachsen
  Freie Möblierbarkeit
  Hohe kommunikative
Qualitäten
  Anpassungsfähig
  Leicht veränderbar
Generalplaner: EUROLABORS AG
Architekten: David Chipperfield
Architects
Laborplanung: EUROLABORS AG
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Anpassungsfähige Grundeinheiten
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Anpassungsfähige Grundeinheiten
Gruppenraum
  Freie Unterteilbarkeit
  Versetzbares Trennwandsystem
  Raum-im-Raum für Serviceeinheiten
  Logistik-Stützpunkte
  Kommunikationszonen
  Auswerteplätze und Bürozonen in Gebäudeperipherie
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Wandelbarkeit im Lebenszyklus
Gebäudetiefe 14,40 m [7,20 + 7,20]
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Raumkonfiguration
Langfristige Veränderungen der Raumkonfiguration von Büro- und Laborflächen für den überwiegenden Teil
der Forschungsumgebungen.
!
!
?
Büro
Büro
Büro
Labor
Labor
Labor
Räumliche Trennung
Büronutzung im
Verlagerung der
von Büro und Labor
Labor
Laborarbeit ins Büro
1980
2000
2020
Forschungsgebäude
Raum und Struktur | Konvergenz Büro – Labor
  Nur ein kleiner
Vergleich ...
13-16,5 m
Bürogebäude
3,30
3,30
3,30
3,30
Geschosshöhe
Gebäudetiefe
1,5 – 2,0
fach
Luftwechselrat
e
Laborgebäude
Geschosshöhe
Baukosten
m²BGF
2.200€
18 - 24 m
4,40
4,40
4,40
4,40
1.100€
1x
Betriebskosten
5 – 10x
8-fach
Gebäudetiefe
Luftwechselrat
e
Baukosten
m²BGF
Betriebskosten
Shopping-Center
Rheingalerie Ludwigshafen
Shopping-Center
Rheingalerie Ludwigshafen
Hülle
Technikzentralen
Quelle | ee
Breitengrad 49° 29’ Nord | Längengrad 8°27’ Ost
Höhe über Meer: 94 Meter
Quelle | Google Earth
Shopping-Center
Rheingalerie Ludwigshafen | Standortfaktoren - Lage
Rheingalerie Ludwigshafen
Energiebedarfsanalyse | Primärenergie
statische Heizung
dynamische Heizung
Dynamische Kühlung
Kleinkälte
20 °C
Ventilation
Beleuchtung
(ohne Mietflächen)
Beleuchtung Mietflächen
SUMME = 32.552.220 kWh/a [PE]
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energiebedarfsanalyse | Primärenergie ohne Individualverbrauch Mieter
statische Heizung
dynamische Heizung
dynamische Kühlung
Ventilation
Beleuchtung
(ohne Mietflächen)
SUMME = 14.232.220 kWh/a [PE]
20 °C
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Temperatur
35 C°
30 C°
25 C°
20 C°
15 C°
10 C°
T max
5 C°
T min
0 C°
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
- 5 C°
- 10 C°
Datenquelle | Private Wetterstation Mannheim-Seckenheim, Daten 2006
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Niederschlag
250 l/m²
200 l/m²
150 l/m²
100 l/m²
50 l/m²
0 l/m²
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Datenquelle | Private Wetterstation Mannheim-Seckenheim, Daten 2006
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Windgeschwindigkeiten
14,00 m/s
12,00 m/s
W max
10,00 m/s
8,00 m/s
6,00 m/s
4,00 m/s
2,00 m/s
W min
0,00 m/s
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Datenquelle | Private Wetterstation Mannheim-Seckenheim, Daten 2006
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Windrose
N
NO
NW
W
O
Windrose | Juni / Juli
SW
Windstille
41 %
Durchschnittsgeschwindigkeit 1,4 m/s
Max. Geschwindigkeit
10,3 m/s
Verteilung Windrichtung
ca. 17 % aus NO
SO
S
Datenquelle | Private Wetterstation Mannheim-Seckenheim, Daten 2006
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Windrose
N
NO
NW
W
O
Windrose | August
SW
Windstille
48 %
Durchnittsgeschwindigkeit 1,3 m/s
Max. Geschwindigkeit
8,7 m/s
Verteilung Windrichtung
ca. 30 % aus WSW
SO
S
Datenquelle | Private Wetterstation Mannheim-Seckenheim, Daten 2006
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Globalstrahlung
Jahressummen in Deutschland
_ Mannheim
_ Freiburg
_ Hamburg
1100 kWh/m²
1150 kWh/m²
950 kWh/m²
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Verschattung Nachbarbebauung
21. März | 12:00 Uhr
21. September | 12:00 Uhr
21. Juni | 12:00 Uhr
21. Dezember | 12:00 Uhr
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Potenzial Rhein
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Potenzial Rhein
Wärmepumpe
Rhein
Grundwasser
Rheingalerie Ludwigshafen
Energieangebot | Standortfaktoren | Technische Infrastruktur
Fernwärme
_ Ausbau geplant
_ kein Anschlusszwang
Gasanschluss
_ Ausbau geplant
Contracting
_ Wärmelieferung
_ Kältelieferung
Quelle | TWL
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Übersicht
Flächenoptimierung und Hüllengeometrie | Kompaktheit, Zonierung, thermische Hülle,…
Wärmedämmung opaker Bauteile | Materialwahl, Dämmung, Wärmebrücken,…
Wärme erhalten
und gewinnen
Wärmedämmung transparenter Bauteile | Verglasungsanteil, Glasqualitär,…
passive Nutzung der Solarstrahlung | Pufferzonen, TWD, Speichermasse,…
Minimierung der Lüftungswärmeverluste | Luftwechselrate, Wärmerückgewinnung, Luftvorerwärmung,
Luftdichtheit,…
Gebäudehülle optimieren
aktive solarthermische Energiegewinnung | Dachkollektor, Fassadenkollektor,…
Reduktion der Wärmetransmission | Wärmedämmung, Oberflächentemperatur, Phasenverschiebung,…
Überhitzung
vermeiden
Reduktion der solaren Einstrahlung | konstruktive Maßnahmen, Spezialverglasung, Sonnenschutzsysteme,…
Speichermasse und Lüftung | thermische Entspeicherung, Luftvorkonditionierung,…
dezentral
Lüften
freie Lüftung | Fensterlüftung, Windnutzung, thermischer Auftrieb,…
Tageslicht
nutzen
geometrische Optimierung | Baukörper- und Raumgeometrie, Verglasungsanteil, Verglasungsanordnung,…
maschinelle Fassadenlüftung | Brüstungselemente, Unterflurkonvektoren, Zargenlüftung,…
Tageslichtsysteme | Transparenz, Transluzenz, Reflexion, Umlenkung, Lichtstreuung, Lichttransport,…
Gebäudehüllen mit Photovoltaik | Photovoltaikfassade, Photovoltaikdach, solarer Sonnenschutz,…
Strom
gewinnen
Solartechnik und Gebäudehülle | Entflechtung, Verflechtung, Verschmelzung,…
Solartechnik und Entwurfskonzeption | Addition, Integration, Adaption,…
Ziele, Konzepte und Maßnahmen zur energetischen Optimierung von Gebäudehüllen
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Wärme erhalten und gewinnen
A/V-Verhältnis: 0,2
Shops
Mall
Shops
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Wärme erhalten und gewinnen
A/V-Verhältnis: 0,2
Primärenergie Wärmebedarf: 9,3%
> Geringe Einsparpotentiale
> Geringer Optimierungsbedarf
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Überhitzung vermeiden
Sommerlicher Wärmeschutz
Durch die großflächige Glasfassade auf der
Südseite drohen der Shopping Mall gerade
in den Sommermonaten verstärkte
Wärmeerträge, die zu erhöhten Kühllasten
führen.
Quelle | ECE
Die Möglichkeiten der Verschattung mittels
baulicher Fassadengestaltung wurde
anhand von Verschattungsstudien
untersucht.
Verschattung | Studie 4
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Überhitzung vermeiden
_ 4,00 m bzw. 2,4 m
21.06. | 08:00 Uhr
21.06. | 10:00 Uhr
21.06. | 12:00 Uhr
21.06. | 14:00 Uhr
21.06. | 16:00 Uhr
21.06. | 18:00 Uhr
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Dezentral lüften
Wechselnde Windrichtungen und enge
klimatische Vorgaben für den Innenraum
> Mechanische Lüftung notwendig
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Tageslicht nutzen
-  Tageslicht verursacht solare Einträge, die im Sommer unerwünscht sind
-  Aber es reduziert den Strombedarf und reduziert die internen Wärmelasten, durch
die größere Effizienz von Tageslicht gegenüber Kunstlicht
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Tageslicht nutzen
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Passive Maßnahmen | Tageslicht nutzen
Strategie:
_ mehr gleichmäßig verteiltes Tageslicht
_ weniger Tageslicht gezielte Akzentuierung in der Mall
_ vertragliche Begrenzung des Kunstlicht-Einsatzes der Mieter (in Watt/m² oder Lux)
Reflexionsgrade:
Boden:
70 %
70 %
Decke:
Wände:
70 %
9 Uhr
Beleuchtungsstärke | [lx]
1000
2000
3000
4000
5000
Quelle | ee
12 Uhr
15 Uhr
Rheingalerie Ludwigshafen
Aktive Maßnahmen | Übersicht
fossile / atomare Energieträger | Brennwerttechnik, Stromheizung,…
Biomasse | Stückholz, Hackschnitzel-, Holzpelletkessel,…
Wärme gewinnen
und verteilen
solare Wärme | offene Absorber, Flach-, Luft-, Vakuumröhrenkollektor,…
Umgebungswärme | Außenluft-, Abwärme-, Erdreich-, Wasserwärmepumpe,…
Wärmespeicher, Verteilung und Übergabe | sensible Speicher, Latent-, Sorptionsspeicher,
Flächenheizung, Konvektor,…
natürliche Wärmesenken | Erdreichwärmetauscher, adiabate Kühlung, Nachtluftspülung
Gebäudetechnik
optimieren
Kälte gewinnen
und
Wärme abführen
elektrische Kälteerzeugung | Kompressionskältemaschine, reversible Wärmepumpe,…
thermische Kälteerzeugung | Ab-, Adsorptionskältemaschine, solare Kühlung,…
Kältespeicher, Verteilung und Übergabe | Wasserspeicher, Eisspeicher, Kühlsegel, Bauteil-aktivierung,…
Anforderung und Dimensionierung | Heiz-, Kühlregister, Be-, Entfeuchter, Luftkanal
maschinelle
Lüftung
optimieren
Luftführung und Antrieb | Luftkanal, Quellluftauslass, Weitwurfdüse, Venuriflügel, Solarkamin, Ventilator,…
Wärme-, Kälte- und Feuchterückgewinnung | Kreuz-, Gegenstrom, Rotationswärmetauscher
Lichttechnik | Geräte, Leuchtmittel,…
Kunstlicht
optimieren
Beleuchtungskonzept | direkte / indirekte, arbeitsbereichbezogene Beleuchtung, Oberflächenbeschaffenheit,…
Automatisierung | Anwesenheitssensor, tageslichtabhängige Regelung
Photovoltaik | Modularten, konstruktive Integration, Mehrfachfunktionen,…
Strom gewinnen
und
effizient nutzen
Kraft-Wärme-Kopplung | Motorgenerator, Stirlingmotor, Turbine, Brennstoffzelle, Kraft-Wärme-Kopplung,…
Stromspeicher | Akkumolator, Wasserstoffkreislauf,…
Ziele und Technologien zur energetischen Optimierung der Gebäudetechnik
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Aktive Maßnahmen | Strom gewinnen
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Energiebereitstellung | Referenz | Fernwärme | KKM | Netzstrom
20 °C
Fernwärme, bereitgestellt durch den örtlichen Energieversorger TWL,
hergestellt mittels Kraft-Wärme-Kopplung durch Müllverbrennung, zertifiziert
mit dem PE-Faktor 0,0 (regenerative Energie); wird in unseren Berechnungen
mit dem PE-Faktor 0,7 (Fernwärme aus KWK nach EnEV) gewertet.
Wärme
Kälte
Strom
Die elektrisch betriebene Kompressionskältemaschine stellt die
gebräuchlichste Form der Kälteerzeugung dar. Die Technologie entspricht
dem Prinzip der Wärmepumpe. Aufgrund der umgekehrten Nutzung wird bei
der Kältemaschine dem Gebäudekühlkreis über den Verdampfer Wärme
entzogen.
Elektrische Energie für Luftventilation und Beleuchtung. Verwendung von
Netzanschluss, geplant ist Ökostrom. Angesetzt wird hier konventioneller
Strom mit dem PE-Faktor 2,7 (nach EnEV).
Rheingalerie Ludwigshafen
Energiebereitstellung | Referenz | Fernwärme | KKM | Netzstrom
(PE-Faktor)
788.760 kWh/a [PE]
Haustechnik
Nutzung
(Endenergie)
(Leistung)
(Nutzenergie)
1.126.800 kWh/a
3 MW
Energieträger
Primärenergie
Fernwärme
0,7
20 °C
1.126.800 kWh/a
Kompressionskältemaschine
725.333 kWh/a
5 MW (COP 3,3)
2.176.000 kWh/a
12.775.139 kWh/a [PE]
Netzstrom
2,7
4.006.200 kWh/a
4.006.200 kWh/a
13.563.899 kWh/a [PE] ≈ 367 kWhPE/m²a
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Konzeptvergleich | Zusammenfassung TGA (heizen/kühlen/lüften
Referenz
Quelle | ECE, TWL
Holzhackschnitzel
Quelle | Bioflamm
Verdunstungskühlung
Quelle | Robatherm
3.306.944 t/a
841.005 €/a
6.300.000 €
3.105.122 t/a
835.736 €/a
7.000.000 €
CO²-Emissionen
Gesamtannuität bei 15 Jahren
Investitionskosten
-6%
-1%
+ 11 %
+4%
3.431.971 t/a
864.954 €/a
+3%
+2%
6.450.000 €
Absorptionskühlung
Quelle | Carrier
Wärmepumpe / Grundwasser
Quelle | Combitherm, Züblin
Wärmepumpe / Erdsonden
Quelle | Combitherm, Zent-Frenger
3.067.578 t/a
752.509 €/a
6.850.000 €
3.109.814 t/a
954.985 €/a
9.000.000 €
Quelle | Centrum-Pfähle, Combitherm,
Zent-Frenger
3.274.068 t/a
839.834 €/a
6.462.000 €
Kraft/Wärme-Kopplung
3.067.578 t/a
879.901 €/a
Wärmepumpe / Energiepfähle
Quelle | Combitherm, KWK-Gesetz, Würz,
Zent-Frenger, Züblin
Photovoltaik*
Quelle | EEG
-2%
3.232.960 t/a
858.382 €/a
6.900.000 €
+2%
+ 10 %
-7%
- 11 %
+9%
-6%
+ 14 %
+ 43 %
-1%
±0%
+3%
- 10 %
+5%
+ 18 %
7.416.000 €
3.125.224 t/a
823.772 €/a
8.550.000 €
* Gesamtanuität bei 20 Jahre in Bezug auf EEG
-5%
-2%
+ 36 %
Rheingalerie Ludwigshafen
Konzeptvergleich | Zusammenfassung TGA (heizen/kühlen/lüften
Referenz
Quelle | ECE, TWL
Holzhackschnitzel
Quelle | Bioflamm
Wärmepumpe / Grundwasser
Quelle | Combitherm, Züblin
841.000 €/a Annuität
- 5.000 €/a Annuität
- 90.000 €/a Annuität
_ hohe Unsicherheit
bei Betriebskosten
_ lokale Emissionen
_ technisch sehr aufwendig
_ hohes Betriebsrisiko
_ am Standort nicht möglich
Empfehlungen
Wärmepumpe / Energiepfähle
Quelle | Centrum-Pfähle, Combitherm,
Zent-Frenger
Photovoltaik*
Quelle | EEG
* Gesamtanuität bei 20 Jahre in Bezug auf EEG
- 2.000 €/a Annuität
- 20.000 €/a Annuität
_ Nutzung lokaler Energiequelle
_ Synergieeffekt mit statischen
Erfordernissen (Pfahlgründung)
_ gesicherte Vergütung
durch EEG
_ Synergieeffekt mit Verschattungserfordernissen
_ sichtbar, werblich wirksam
Rheingalerie Ludwigshafen
Empfehlung | Wärmepumpe mit Energiepfählen und Photovoltaik
Solarmembran
Fernwärme
(Müllverbrennung)
Netzstrom
(Ökostrom)
Energiepfähle
400 x 15 m
Rheingalerie Ludwigshafen
Empfehlung | Wärmepumpe mit Energiepfählen und Photovoltaik
Energieträger
Primärenergie
(PE-Faktor)
657.037 kWh/a [PE]
0 kWh/a [PE]
(Endenergie)
Haustechnik
Nutzung
(Leistung)
(Nutzenergie)
Fernwärme
0,7
938.624 kWh/a
Energiepfähle (400 x 15m)
0,0
85.124 kWh/a
2,5 MW
Wärmepumpe
20 °C
0,5 MW (JAZ 4,0)
(heizen/kühlen)
1.126.800 kWh/a
Kompressionskältemaschine
652.800 kWh/a
11.621.135 kWh/a [PE]
0 kWh/a [PE]
4,5 MW (COP 3,3)
Netzstrom
2,7
Solarstrahlung
2.176.000 kWh/a
Photovoltaik
500 kWp
4.006.200 kWh/a
4.006.200 kWh/a
- 440.000 kWh/a
0,0
12.278.172 kWh/a [PE] ≈ 332 kWhPE/m²a (-9,5% gegenüber Referenz)
Quelle | ee
Rheingalerie Ludwigshafen
Empfehlung | Wärmepumpe mit Energiepfählen und Photovoltaik
1200000
1100000
- 2%
100 %
666.223,60 €/a
883.087,28 €/a
1000000
900000
800000
700000
Verbrauchskosten
600000
Betriebskosten
500000
400000
Kapitalkosten
20.000,00 €/a
300000
200000
376.779,15 €/a
100000
12.000,00 €/a
186.320,79 €/a
0
Empfehlung
Referenz
Betrachtungszeitraum | 15 Jahre (Gebäudetechnik) / 20 Jahre (Photovoltaik)
Quelle | HHS
Rheingalerie Ludwigshafen
Solardach | Animationen Solarmembran
Kirchen
Gotische Kathedrale Santa Maria del Mar in Barcelona
Grundriss / Innenraum
Innenraum
Herz-Jesu-Kirche München
Architekten: Allmann, Sattler, Wappner
Grundriss / Schnitt
•  Haus im Haus
•  transluzenter Glaskubus
•  hölzerner Schrein
•  überdimensionale Kirchentore
•  Transparenz nimmt zum Altar hin zu
•  mehr als 2000 senkrecht stehende Holzlamellen
•  Helligkeit nimmt in Richtung des Altars kontinuierlich zu
•  lichtdurchflutetes Kirchenschiff
Zwischenklima
•  Zuluftschacht
•  zusätzliche Konvektoren vor der Glasfassade
•  Heizestrich
Zwischenklima
Gemeindezentrum mit Kirche „zum Guten Hirten“ Frankfurt
Architekten: pfeifer roser kuhn
Axonometrie der Betonteile / Modellfoto
•  multifunktionales Gemeindezentrum
•  Orientierung
•  Energiegarten
Grundriss
Lichtstimmung in der Kirche
Höhenzonen des Kirchenraums
KONZERTSÄLE / THEATER
Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt
Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt
•  Konzept der beiden Säle, die von den Foyers
umschlossen werden
•  Hauptfoyer mit Calla
•  Technikzentrale auf dem Dach, nachdem die zweite
Mauer gefunden wurde
•  Bühnen, die sich in der Mitte gegenüberliegen
Kleiner Saal und Seminarflügel
Architekten: Arge chalabi architects und fs-architekten
Innenraum Großer Saal
Perspektivischer Schnitt
•  ansteigendes Gelände
•  schwierige Gründung Fels und Rheingraben: Erdkanal erfüllt auch die statische
Funktion des Schiffsbugs
Elemente des Nachhaltigkeits- und Energiekonzepts
Calla: Licht, Luft, Wasser
Erdkanal
Schnitt Seminarbereiche
•  Sonnenschutzverglasung
•  Absaugung der warmen Luft im Zwischenraum vor den Screens
•  Kühldecken
Innenraum Seminarbereiche
PV auf den beiden Sälen
Klimakonzept Südfoyer
•  Zuluftführung hinter Natursteinverkleidung des Saals
•  Bauteilaktivierung in den Rampen
•  RWA-Flügel können geöffnet werden
•  Abluft über Decke
Innenraum Südfoyer
Sanierung Staatstheater Darmstadt
Architekten: Lederer Ragnarsdottir Oei
Innenraum Großes Haus
Betriebszeitenzonen
•  16 h Tag im Theater
•  Arbeitszeitenüberlagerung
Raumlufttechik
•  innen liegende ausgedehnte Räume
•  übermäßige Raumerwärmung wg. Beleuchtung und Abwärme der Bühnentechnik
•  Erfordernis eines bestimmten gleich bleibenden Raumklimas in Bezug auf Temperatur,
Luftfeuchte, Luftreinheit
•  Natürliche Belüftung ist meistens nicht möglich
Lufthygiene
Minimale erforderliche Luftwechselrate im Großen Haus:
150 Mitarbeiter + 956 Zuschauer = 1106 Gebäudenutzer
1106 Gebäudenutzer x 15m3/h = 16590 m3/h Luftbedarf
Temperaturzonen
Funktionsprinzip von Deckenstrahlplatten
Energiebedarf grafisch
Wärmebedarf für Behaglichkeit
Interne Abwärme
Verbleibender Heizwärmebedarf
Energiebedarf grafisch
Kühlungsbedarf für Behaglichkeit
Kälteeintrag
Verbleibender Kühlungsbedarf
Nikolaisaal Potsdam
Architekten: HHS Architekten
Längsschnitt
Hauptforschungszentrum Beiersdorf AG Hamburg
Architekten: HHS Architekten
Nächste LV des Pflichtfachs
•  24. Juni KEINE LV
•  01. Juli: Abgabe der ersten Übung am Fg Gebäudetechnologie
•  01. Juli: Gemeinsame LV von Prof. Daniels und Prof Hegger:
„Von der Aufgabe zum Konzept“
Ebenfalls am 01. Juli: Ausgabe der zweiten Übung!