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Klimaneutrale Gebäude – Internationale Konzepte, Umsetzungsstrategien und Bewertungsverfahren für Null- und Plusenergiegebäude, Dr.-Ing. E. Musall

Vereinfachungen für die energetische Bewertung von Gebäuden, Dr.–Ing. M. Lichtmeß

Sanierung als zweite Chance - Umsetzung passiver Kühlkon- zepte in Bestandsgebäuden, Dr.–Ing. C. Hoffmann

PROMOTIONSVORHABEN

Occupant Behaviour Integration into Building Design Process and Performance Simulation
M.Sc. Ghadeer Derbas

Weiterentwicklung des Solar Decathlon zu einem Forschungsobjekt für gebäudetechnische und bautechnische Performance-Untersuchungen.

M.Sc. arch. Susanne Hendel

BIM (Building Information Modeling) for Performance based Design
M.Sc. arch. Sven Trautmann

ABGESCHLOSSENE  PROMOTIONEN

Experimentelle und rechnerische Untersuchungen zur Kühlung dezentral belüfteter Gebäude mittels Nachtlüftung unter Berücksichtigung mikroklimatischer Einflüsse

Dipl.–Ing. Tjado Voss promovierte am 06.02.2017

an der Bergischen Universität Wuppertal – Architektur

 

Auf Grund steigender Energiekosten sowie erhöhter öffentlich-rechtlicher und normativer Anforderungen an den Energiebedarf von Gebäuden gewinnen energieeffiziente passive Kühltechniken zunehmend an Bedeutung. Eine vergleichsweise einfache und nahezu überall mögliche Form passiver Kühlung ist die Nachtlüftung. Sie nutzt das Kühlpotential niedriger nächtlicher Umgebungstemperaturen, um die tagsüber erwärmten Gebäudestrukturen zu kühlen. Dieses Kühlkonzept bedingt eine raumweise Zuführung von Außenluft, zumeist durch fassadenintegrierte Lüftungsöffnungen. Mikroklimatische Einflüsse aus dem Gebäudeumfeld und aus der solaren Einstrahlung auf die Fassade können hier zu einer Erwärmung der Zuluft führen und sich somit in sommerlichen Witterungsphasen nachteilig auf das Raumklima bzw. den Kühlbedarf auswirken.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird an Räumen mit außenwandintegrierten Zuluftöffnungen untersucht, in welchem Maß diese äußeren Einflüsse einen Anstieg der Ansaug- und somit der Raumtemperaturen hervorrufen, welche Auswirkungen die prognostizierte Klimaerwärmung hat und wie sich die Nachtlüftungseffektivität durch günstige Zu- und Abströmöffnungen optimieren lässt.

Bei Feldmessungen an acht Bürogebäuden werden verschiedene Fassaden- und Ansaugkonstruktionen hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Ansaug- und Zulufttemperaturen verglichen und vorteilhafte Konstruktionen bzw. Konstruktionsmerkmale identifiziert. Mikroklimatische Einflüsse, z.B. aus umliegender Bebauung oder Topographie, werden durch die Gegenüberstellung lokal und meteorologisch gemessener Wetterdaten ermittelt.

Parallel zu den Feldmessungen werden kohärente Untersuchungen – frei von Nutzereinflüssen – an einem Messraum auf dem Campus der Universität Wuppertal durchgeführt. Eine in dem Zusammenhang getestete Zuluftkühlung mittels Latentwärmespeichern erwies sich als sehr effektiv.

Aus den Messdaten des Testraums werden ferner Formeln zur Berechnung von Ansaug- und Zulufttemperaturen unter Berücksichtigung von Solar- und Windeinflüssen abgeleitet. Die zu Grunde liegenden Verfahren sind dokumentiert und können zur Herleitung vergleichbarer Formeln für andere bauliche Situationen verwendet werden.

Mit den so gewonnenen Formeln werden anschließend in dynamischen Gebäudesimulationen die Auswirkungen verschiedener Ansaug-Konfigurationen und Wetterdaten auf das Raumklima und den Jahreskühlenergiebedarf verglichen. Die Berücksichtigung der Solareinflüsse an der Fassade führt dabei zu einem signifikant wärmeren Raumklima bzw. zu einem bis zu 80 % höheren Kühlenergiebedarf; der Heizenergiebedarf reduziert sich hingegen um bis zu 20 %. Außerdem zeigen die Simulationen, dass Wetterdaten von meteorologischen Mess-Stationen kaum geeignet sind, die Raumtemperaturen an eng bebauten städtischen Standorten realitätsnah abzubilden.

Für weitere Analysen werden daher auf die meteorologischen Daten des Testreferenzjahrs parameter-basiert Stadteffekte aufgeprägt. In verschiedener Ausprägung bilden diese in Kombination mit Datensätzen unterschiedlicher Temperaturcharakteristik die Basis für Sensitivitätsanalysen des Raumklimas und des Energiebedarfs. Mit den Daten zweier Klima-Prognosen wird ermittelt, dass bis zum Jahr 2050 eine passive Kühlung von Gebäuden nur noch mit großem technischen Aufwand bzw. einer Kombination verschiedener Systeme möglich ist. Auf Grund der potentiell langen Nutzungsdauer von Gebäuden sollte daher bereits heute bei der Planung neuer Gebäude bedacht werden, wie sich deren Kühlleistung später an die erhöhten Anforderungen anpassen lässt.

Die beim Kühlbetrieb während der Nachtlüftung auftretenden Wärmeaustauschprozesse werden detailliert mit transienten dreidimensionalen Strömungssimulationen untersucht. Dabei werden besonders effiziente Lüftungskonfigurationen identifiziert und Wärmeübergangskoeffizienten zur Nutzung in thermischen Gebäudesimulationen ermittelt und tabelliert.

Die Ergebnisse aller in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen sind abschließend in leicht verständlichen Planungshinweisen und -empfehlungen zusammengefasst.

 

Die Dissertation können Sie als PDF über die Bibliothek der Bergischen Universität beziehen.

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Klimaneutrale Gebäude – Internationale Konzepte, Umsetzungsstrategien und Bewertungsverfahren für Null- und Plusenergiegebäude

M.Sc. arch Eike Musall promovierte am 15.09.2015

an der Bergischen Universität Wuppertal – Architektur


Die EU fordert für Neubauten ab 2019 (öffentlich) bzw. 2020 (privat) einen national zu definierenden Standard des Niedrigstenergiegebäudes. In Deutschland ist im Rahmen der Energiewende zudem das Ziel des Klimaneutralen Gebäudebestands bis 2050 formuliert. Aufbauend auf der Motivation Energie(kosten), Klimagasemissionen und/oder den Ressourcenverbrauch zu verringern, entstehen weltweit bereits seit vielen Jahren Gebäude mit dem Anspruch an eine ausgeglichene Energiebilanz - sog. Nullenergiegebäude. Die Umsetzung dieser (Ziele durch) Nullenergiegebäude und die in der Praxis genutzten Umsetzungsstrategien und -maßnahmen, die möglichen methodischen Festlegungen innerhalb einer Energiebilanz (Indikatoren, Bewertungsverfahren, Bilanzgrenzen und -rahmen oder mögliche Quantifizierungsgrößen) sowie deren Einfluss auf die Gebäudegestaltung werden im Zuge dieser Arbeit analysiert. Es werden energetische und formale Trends für die typische und typologiespezifische Umsetzung von Nullenergiegebäuden dargestellt.


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Studentisches Wohnen im Passivhaus
Dipl.–Ing. P. Engelmann promovierte am 15.10.2010
an der Bergischen Universität Wuppertal – Architektur

Mit der Anwendung im Studierendenwohnheim findet das vom Wohnungsbau bis zur Produktionshalle umgesetzte Prinzip des Passivhauses in einer weiteren Gebäudetypologie Anwendung. Die Arbeit analysiert mehrere als Passivhaus umgesetzte Studierenden- wohnheime. Gegenstand der Analysen ist, wie sich die Anwendung von passivhaus-typischen Merkmalen, also hochwertiger Wärmeschutz der Gebäudehülle, ventilatorgestützte Lüftung mit Wärmerückgewinnung und umfangreiche Nutzung interner und solarer Gewinne im Kontext dieser spezifischen Nutzungsstruktur darstellt.

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Vereinfachungen für die energetische Bewertung von Gebäuden
Dipl.–Ing. M. Lichtmeß promovierte am 13.09.2010
an der Bergischen Universität Wuppertal - Architektur

Die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden macht in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude und damit verbunden eine zeitaufwändige Ermittlung der Hüllflächen erforderlich. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Validierung von Vereinfachungsansätzen, sodass eine konsequente Energieplanung vom Planungsbeginn bis zur Gebäudezertifizierung auch bei komplexen Gebäuden mit vertretbarem Aufwand durchführbar wird.

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Sanierung als zweite Chance - Umsetzung passiver Kühlkonzepte in Bestandsgebäuden
Dipl.–Ing. C. Hoffmann promovierte am 27.04.2007
an der Bergischen Universität Wuppertal - Architektur

Viele der Bürogebäude, die vor 30 bis 40 Jahren gebaut wurden, weisen einen Sanierungsbedarf auf, da sie nicht mehr an heutige Bedürfnisse angepasst sind. Anforderungen aus der Nutzung, wirtschaftliche Erwägungen und Anpassungen an eine Klimaveränderung machen eine Sanierung erforderlich. Bestehen Probleme mit dem sommerlichen Raumklima, so können passive Kühlkonzepte den thermischen Komfort verbessern. Mit Verzicht auf eine aktive Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden sind wesentliche Energieeinsparungen erreichbar.

Die Arbeit untersucht die Hypothesen zum einen durch theoretische Grundlagen, zum anderen über Fallstudien und -beispiele. Die Überprüfung durch Fallstudien greift auf die beiden Typologiegebäude sowie auf bereits realisierte Sanierungen aus der Literatur zurück. Zur theoretischen Abklärung werden Themen wie Arbeitsplatzanforderungen, thermischer Komfort und Möglichkeiten seiner Beurteilung, sowie die bauphysikalischen Grundlagen erörtert. Dies geschieht aus zwei Perspektiven: zum einen aus der übergeordneten Sicht der allgemeinen Anforderungen, zum anderen mit Bezug auf die speziellen Belange der Sanierung. Neben der wissenschaftlichen Literatur knüpft die Arbeit dabei an Erkenntnisse, die bei den Demonstrationsprojekten des BMWI Förderkonzeptes „Energieoptimiertes Bauen“ (EnOB) hinsichtlich der passiven Kühlung gewonnen wurden, an und überprüft die Übertragbarkeit und Anwendbarkeit auf die Gebäudesanierung.

Anhand einer Gebäudetypologie wird geklärt, unter welchen Voraussetzungen eine Sanierung mit Maßnahmen der passiven Kühlung sinnvoll und erfolgversprechend ist. Kriterien zur Beurteilung des Gebäudepotentials für die passive Kühlung lassen
sich auf zwei Ebenen identifizieren:
- gebäudeunabhängige Faktoren, die entweder auf das Gebäude einwirken (Klima) oder mit der Gebäudenutzung (Kleiderordnung) im Zusammenhang stehen, aber nicht vom Gebäude oder seiner Gestalt herrühren.
- gebäudebezogene Größen (Bauweise, innere Aufteilung).

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zuletzt bearbeitet am: 30.08.2018