Das Klima als Entwurfsfaktor: Simulationen im architektonischen Entwurf 3. September 2010

Dipl. Masch.Ing.-ETH, MAS-BA Zu meiner Person Organisation Prof. Urs-Peter Menti Dipl. Masch.Ing.-ETH, MAS-BA Hochschule Luzern – Technik & Architektur Leiter Zentrum für Integrale Gebäudetechnik Hauptamtlicher Dozent für Gebäudetechnik Leiter Zertifizierungsstelle Minergie-P 1995 – 2004 Amstein + Walthert AG 2004 – heute Hochschule Luzern Projekte

Ausgangslage Das Schweizer Energiegesetz fordert und fördert einen tiefen Heizwärmebedarf Der Heizwärmebedarf ist auf Stufe Nutzenergie definiert, berücksichtigt also weder Umwandlungsverluste noch die Art des Energieträgers Wenn, dann wird der architektonische Entwurf auf einen tiefen Heizwärmebedarf optimiert: - Minimierung der Verluste (tiefe U-Werte, kompakte Gebäudeform) - Maximierung der passiv-solaren Gewinne (Fenster gegen Süden) Minergie®*, vor allem aber die 2000-Watt-Gesellschaft oder die 1 To CO2-Gesellschaft fordern und fördern eine gesamtheitlichere Betrachtung: - Gesamtenergiebedarf - Stufe Primärenergie (oder gewichtete Endenergie) *Minergie®: Schweizer Gebäudestandard, vergleichbar mit Passivhaus)

Ausgangslage: Gebäude verschiedenster Kompaktheit

Fragestellung Studie von R. Gadola* et al. zu Bürobauten zeigt, dass eine Gesamtenergieoptimierung auf Stufe Primärenergie zu anderen Gebäuden führen kann als eine Optimierung auf den Heizwärmebedarf * Gesamtenergieeffizienz von Bürobauten, R. Gadola et al., 2010, BFE, AHB, AUE Wie sieht das im Wohnbau aus? Welche Entwurfparameter haben welchen Einfluss auf den Gesamt-energiebedarf? Bestätigen sich die bekannten Grundsätze für den architektonischen Entwurf? Oder gibt es neue Erkenntnisse?

Untersuchungsgesign Interdisziplinäres Forschungsprojekt der Hochschule Luzern – Technik & Architektur Leitung: Prof. Christian Hönger (Architekt) Projektziel: Handlungsempfehlungen für eine energieeffiziente Architektur unter Berücksichtigung des lokalen Klimas Teilprojekt: Überprüfung (mittels Simulationen) verschiedender Handlungsempfeh-lungen zum architektonischen Entwurf betreffend ihrer Gesamtenergie-effizienz (Heizen, Kühlen, Beleuchtung; z.T. auch Graue Energie)

Annahmen Wohnhaus (8 Wohneinheiten) Jahresenergiebedarfsberechnung mittels Simulationen Raumtemperaturen: 20-26°C Heizwärmebedarf (H) Kühlenergiebedarf (K) Beleuchtungsenergiebedarf (B) Umrechnung auf Primärenergie (Gesamtenergiebedarf)  Unterschiedliche Gewichtung der Energieträger! Nutzenergie

Kompaktheit des Gebäudes

Kompaktheit des Gebäudes: Heizwärmebedarf

Kompaktheit des Gebäudes: Klimakältebedarf (Komfort = identisch)

Kompaktheit des Gebäudes: Beleuchtungsenergiebedarf

Kompaktheit des Gebäudes: Gesamtenergiebedarf (Nutzenergie)

Kompaktheit des Gebäudes: Gesamtenergiebedarf (Primärenergie)

Einfluss Glasanteil Fassade

Einfluss Beschattung durch Balkon

Hinweis auf Publikation Forschungsergebnisse sind in der Publikation „Das Klima als Entwurfsfaktor“ veröffentlicht. Quart-Verlag, 2009 112 Seiten, 17 x 22 cm, 27 Abbildungen, 119 Pläne

Schlussfolgerung Klar: Untersuchung ist theoretisch, „akademisch“… … in der Modellierung mussten Vereinfachungen getroffen werden, die z.T. zu einer Verfälschung der Resultate gegenüber der Realität führen können Aber trotzdem: Gefordert ist eine Gesamtenergiebetrachtung (inkl. Graue Energie!) Gefordert ist in Zukunft eine Betrachtung auf Stufe Primärenergie Dies hat Auswirkungen auf den architektonischen Entwurf … es bedingt eine integrale / interdisziplinäre Planung von Anfang an … aufgrund der Komplexheit der dadurch nötigen Systembetrachtung sind Simulationen ein dankbares Hilfsmittel für solche Optimierungsprozesse

Beteiligte Hochschule Luzern – Technik & Architektur: Kompetenzzentrum Material, Struktur & Energie - Christian Hönger - Roman Brunner Zentrum für Integrale Gebäudetechnik - Urs-Peter Menti - Iwan Plüss - Serge Mattli Mit finanzieller Unterstützung von: Amt für Hochbauten Stadt Zürich (Fachstelle Gebäudetechnik und Fachstelle Nachhaltiges Bauen)

Ausblick Heute in der Schweiz geforderte Nachweise: Heizwärmebedarf nach Norm SIA 380/1 Energiebedarf Beleuchtung nach Norm SIA 380/4 Energiebedarf Lüftung / Klima nach Norm SIA 380/4 In Zukunft: Gesamtenergiebedarf mit dem SIA Klimatool (Total Energy Calculator)

Ausblick Sollen Simulationen im Entwurf eingesetzt werden können… … muss die Eingabe einfach und verständlich sein … sollen möglichst wenige Eingabe-Grössen nötig sein … und trotzdem sollen die Ergebnisse aussagekräftig sein Verschiedene Tools bereits vorhanden / in Entwicklung: Design Performance Viewer (ETH Zürich) IDA Raum (Equa) CasaNova (Uni Siegen) etc. Aktuell laufendes Forschungsprojekt (Hochschule Luzern) zur Frage: „Auf welche Parameter kann ein Gebäude im Entwurfsprozess reduziert werden, ohne dass Energieberechnungen zu ungenau werden?“

Besten Dank / Fragen Besten Dank!