Lehrstuhl Technische Bauphysik und Gebäudeausrüstung
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Item Klimagerecht bauen unter besonderer Berücksichtigung der Stadtentwicklung und Architektur in Kalar(2022) Khan, Goran; Willems, Wolfgang M.; Albus, JuttaDie Arbeit mit dem Titel „Klimagerecht bauen unter besonderer Berücksichtigung der Stadtentwicklung und Architektur in Kalar“ betrachtet eine schnell wachsende Stadt in der autonomen Region Kurdistan. In Ländern wie dem Irak steht bei der Stadtentwicklung meist die effiziente Schaffung von Wohnraum im Vordergrund, aber nicht der Klimaschutz und die Nachhaltigkeit. Für Kalar wurden städtebauliche Optimierungsmaßnahmen entwickelt, die zum einen das aride Klima berücksichtigen und zum anderen auch Kriterien für Nachhaltigkeit sowie Klimaschutz erfüllen. Die Optimierungsmaßnahmen beziehen sich unter anderem auf die Innenstadt, für die ein Leitkonzept entwickelt wurde, aber auch auf die Ausgestaltung eines hierarchisch ausgebauten Straßennetzes, die Gestaltung von neuen Siedlungen und die Entwicklung von Grünflächen, die einen entscheidenden Beitrag zur klimagerechten Gestaltung der Stadt leisten könnten. Die Arbeit beinhaltet eine abschließende kritische Bewertung der Optimierungsmaßnahmen, der zu entnehmen ist, welche Realisierungschancen die Optimierungsmaßnahmen angesichts der politischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Situation der Stadt besitzen.Item Messdatengestützte Analyse und Interpretation sanierungsbedingter Effizienzsteigerungen im Wohnungsbau(2018) Osterhage, Tanja; Willems, Wolfgang M.; Müller, DirkDie Bundesregierung hat in vielen Bereichen wichtige Weichen für die Energiewende gestellt. Die entsprechenden Gesetze und Verordnungen sind in den letzten zwei Jahren auf den Weg gebracht worden, um den Ausbau der erneuerbaren Energien, den Netzausbau, den Bau hocheffizienter fossiler Kraftwerke, die Energieeffizienz und Energie-forschung weiter voranzubringen. Aktuelle Zahlen belegen, dass die Ziele zur Erreichung der Energiewende und den damit verbundenen Energie- und CO2-Einsparungen nur mit zusätzlichen Anstrengungen zu erreichen sind (BMWi 2016). Die Stromwende schreitet gut voran; aber die Wärmewende ist noch nicht in Schwung gekommen. Für den Gebäudesektor liegt dies zum einen an der geringen Neubau- und Sanierungsquote sowie zum anderen an der häufig auftretenden Performancelücke. Welche Gründe dazu führen, dass sich die im Vorfeld einer Baumaßnahme ermittelten Bedarfswerte im Betrieb nicht immer einstellen, dieser Frage geht diese Arbeit nach. Die Datenbasis bilden die Ergebnisse zweier Forschungsprojekte in Karlsruhe-Rintheim. Hier wurden drei Gebäuderiegel, welche in den 1950er Jahren erbaut wurden, baukonstruktiv und anlagentechnisch ertüchtigt. Jeder dieser Gebäuderiegel verfügt über drei Eingänge mit jeweils zehn identisch geschnittenen Wohnungen auf fünf Etagen. Somit konnten letztendlich sieben unterschiedliche Sanierungskonzepte umgesetzt werden. Auf Basis einer detaillierten Messdatenanalyse aus zwei Heizperioden werden die nutzerspezifischen Verhaltensweisen herausgearbeitet, die sich nach verschiedenen energetischen Sanierungen in zwei der drei Wohngebäuderiegeln eingestellt haben. Die Analyse der Messdaten hat gezeigt, dass im Gegensatz zur Nutzung der unsanierten Wohnungen tendenziell eine Vergleichmäßigung der Temperaturen innerhalb der Wohnungen vorliegt, und einzelne Räume nicht ausgespart werden. Die vom Nutzer gewünschte Innenraumtemperatur liegt nicht im Bereich der normativen Vorgaben von 19/20 °C, sondern darüber, im Mittel bei 22 °C. Eine Erhöhung der Bilanztemperatur um lediglich 1 K führt zu einem Anstieg des rechnerischen Heizwärmebedarfs von bis zu 16 % je nach Sanierungsvariante. Die internen Gewinne werden erheblich durch die heutige Lebensweise und -form beeinflusst. Aufgrund des demographischen Wandels ist der Wohnflächenverbrauch pro Person gestiegen, gleichzeitig ist auch eine Zunahme an elektrischen Geräten in den Wohnungen zu verzeichnen. Zu beachten ist jedoch, dass die moderneren Geräte deutlich weniger Wärmeentwicklung aufweisen als früher. Im Durchschnitt wurde für die im Betrachtungsgebiet vorzufindende Bevölkerungsstruktur ein Ansatz von 8,9 W/m² - im Vergleich zu 5 W/m² nach Norm - für die internen Gewinne ermittelt. Das Lüftungsverhalten hängt individuell vom Nutzer ab. Trotz Vorhandensein einer maschinellen Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) oder Zwangslüftungselement im Fensterrahmen wird das Fenster vom Nutzer zum Lüften geöffnet. Als Gründe wird bspw. schlechte Luft oder hohe Luftfeuchte angegeben. Die Analyse hat gezeigt, dass dies durch die vorhandenen Messdaten nicht bestätigt werden kann. Allen Nutzern gemeinsam ist, dass bei geringeren Außentemperaturen kleiner 0 °C die Fenster kürzer geöffnet werden als bei Temperaturen größer 0 °C. Das Vorhandensein einer Lüftungsanlage führt nicht unweigerlich zu einem anderen Lüftungsverhalten. Im Zuge der Messdatenanalyse wurden manuelle Fensterluftwechsel im Bereich zwischen 0,19 und 0,44 h-1 ermittelt. Hinzu kommen je nach Sanierungsvariante der Luftwechsel der Lüftungsanlage sowie ggfs. auftretende Leckageströme durch Undichtigkeiten. Dies bedeutet bspw. für eine Sanierungsvariante mit Zwangslüftung (0,44 h-1) eine näherungsweise Übereinstimmung mit dem normativen Ansatz von 0,55 h-1. Mit wachsendem Lebensstandard ist der Wasserverbrauch in den letzten Jahren gestiegen. Für den Bedarf an Trinkwarmwasser können pro Person und Tag rund 40 Liter angesetzt werden; der tatsächliche Verbrauch hängt allerdings stark von den Nutzergewohnheiten ab. Nach Energieeinsparverordnung (EnEV) ist ein Wert von 12,5 kWh/(m²a) für die Berechnung des Trinkwarmwasser-Energiebedarfs anzusetzen. In energieeffizienten Gebäuden kann der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung sogar größer sein als der für die Beheizung. Die Auswertung der Messdaten hat gezeigt, dass für die verschiedenen Systeme deutliche Speicher- und Verteilverluste vorhanden sind. Die Messdaten der dezentralen Systeme geben Aufschluss darüber, dass für einen Eingang mit zehn Wohnungen ein jährlicher Verbrauch von 12,0 bis 12,5 kWh/(m²a), also im Rahmen der EnEV, vorliegt. Zwischen einzelnen Nutzern einer Sanierungsvariante sind jedoch deutliche Unterschiede festzustellen. Eine erneute EnEV-Berechnung ergibt unter Berücksichtigung der individuell, aus der Messdatenanalyse ermittelten Parameter, eine breite Varianz in der Streuung der Bedarfswerte. Die Gegenüberstellung mit den witterungsbereinigten Verbrauchswerten zeigt für die meisten Sanierungsvarianten eine Unterschätzung des Bedarfs. Allerdings sind auch Parametervariationen vorzufinden, die die Verbrauchswerte der jeweiligen Jahre einhalten bzw. in deren Bereich liegen. Durch die gewonnenen Ergebnisse können die Aussagen bereits vorliegender Analysen (bspw. Felsmann und Schmidt 2013; Richter et al. 2002) bekräftigt werden. Das individuelle Nutzerverhalten muss unweigerlich zu einer Abweichung zwischen Heizwärmebedarfs- und Verbrauchswerten führen. Ob eine Anpassung der Parameter in der Normung für die Bilanzinnentemperatur, die internen Gewinne oder den Luftwechsel zielführend sein kann, wird in der vorliegenden Arbeit diskutiert, kann aber aufgrund der geringen Stichprobenmenge nicht final beantwortet werden. Abschließend werden zum einen Vorschläge zur Bewusstmachung des Energieverbrauchsverhaltens sowie weitergehende technische Möglichkeiten zur Regelung der Bedarfsparameter und zum anderen mögliche Anforderungen an eine umfassende Energieberatung aufgezeigt.Item Messdatengestützte dynamische Simulation zur Analyse des Energieverbrauchs in Krankenhäusern(2018) Hagemeier, Anne; Willems, Wolfgang; Dötsch, ChristianMit Hilfe einer energetischen Gebäudesimulation können der Energieverbrauch eines Gebäudes analysiert und Parameter sowie Betriebsweisen mit einem hohen Einfluss auf den Energieverbrauch bestimmt werden. Als Folge können somit beispielsweise Einsparmaßnahmen identifiziert werden. Insbesondere in Krankenhäusern ist die Zusammensetzung der Energiebilanz oftmals nicht bekannt. Zudem liegt häufig ein hohes Energieeinsparpotenzial vor, sodass eine Gebäudesimulation hierzu wichtige Erkenntnisse liefern kann. Mit der großen Diversität ihrer Flächennutzungen und der Komplexität der technischen Anlagen stellen Krankenhäuser jedoch eine Herausforderung für die Simulation dar. Da bisher nur wenige detaillierte Untersuchungen der Energiebilanz von Krankenhäusern durchgeführt wurden, liegen zudem nur wenige Vergleichsdaten vor. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Vorgehen und die Randbedingungen für die energetische Simulation eines Krankenhauses zu erarbeiten. Dazu sollen der Detaillierungsgrad, nötige Eingangsdaten, deren Einfluss auf die Ergebnisse und ein Vorgehen für die Auswertung bestimmt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde der Stand der Forschung zum methodischen Vorgehen bei den einzelnen Arbeitsschritten einer Gebäudesimulation ausgewertet und untersucht, welche für die Simulation eines Krankenhauses relevanten Fragestellungen durch das bisherige Wissen nicht abgedeckt werden und welche Besonderheiten beachtet werden müssen. Die Untersuchung erfolgte anhand einer Fallstudie, in der ein Krankenhaus basierend auf Messdaten energetisch simuliert wurde und Eingangsdaten für die Simulation von Krankenhäusern erarbeitet wurden. Als erster Schritt wurde der nötige Detailgrad für die Einteilung des Gebäudes in thermische Zonen untersucht. Für die meisten Bereiche reicht eine grobe Zonierung nach Himmelsrichtungen aus. Ausnahmen sind Bereiche mit geringem Heizwärmebedarf und mechanisch belüftete Bereiche mit Abluftregelung. Im nächsten Schritt wurden die Beleuchtungsnutzung erhoben, einzelne Geräte vermessen und daraus Raumprofile für typische Räume in Pflege- und Behandlungsbereichen generiert, mit deren Hilfe die Laststrukturen für die Simulation abbildet werden können. Eine Validierung mit gemessenen Verbräuchen einer Abteilung zeigte, dass mit dem Verfahren der reale Verbrauch bis auf eine Abweichung von etwa 5% nachgebildet wird. Weitere Verbrauchsmessungen einzelner Verbraucher komplettieren die erhobene Datenbasis.Weiterhin wurden über Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen die Einflüsse der Eingangsparameter auf die Ergebnisse bestimmt und die relevantesten Parameter für verschiedene Bereiche des Krankenhauses identifiziert. Somit wurde der Bestimmung dieser Parameterwerte eine besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Schließlich wurde eine Methodik zur Kalibrierung der Modelle mit Messdaten entwickelt. Dazu wurden die thermischen Energiemengen einzelner Gebäude über mehrere Wochen vermessen, sodass hochaufgelöste Daten für die Kalibrierung zur Verfügung standen. Die Werte der Eingangsparameter mit dem höchsten Einfluss auf die Ergebnisse wurden in einem mehrschrittigen Prozess angepasst, bis die Messergebnisse mit den Simulationsergebnissen übereinstimmten und die Grenzwerte nach ASHRAE für die Kalibrierung eingehalten wurden. Schließlich wurden mit Hilfe des Modells beispielhafte Auswertungen vorgenommen. Es wurden die Energiebilanz des Krankenhauses analysiert und Einsparmaßnahmen untersucht.Item Effiziente Anheizung von Gebäuden in massiver Bauweise bei intermittierender Beheizung(2013-04-02) Siebel, Alexander; Willems, Wolfgang M.; Schmidt, PeterItem Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsverfahrens zur Ermittlung der Transmissionswärmeverluste im Bereich von Diskontinuitäten hochwärmegedämmter Gebäude(2012-09-20) Hellinger, Georg; Willems, Wolfgang M.; Middel, Matthias M.; Schmitt, Peter; Willems, Wolfgang M.Item Über den Einfluß der Schichtdicke und der Alterung auf die Wirksamkeit von Oberflächenschutzsystemen für Betonbauteile(Universität Dortmund, 2001-02-28) Engelfried, Robert; Neisecke, Jürgen; Klopfer, HeinzItem Verfahren zur energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Qualitätssicherungsmaßnahmen in der Heizungsanlagentechnik(Universität Dortmund, 2004-09-28) Jagnow, Kati; Schramek, Ernst-Rudolf; Müller, Helmut F. O.Werden Energiedaten von Gebäuden untersucht, ist häufig eine Diskrepanz zwischen tatsächlichen Energieverbrauchswerten und theoretischen Bedarfswerten festzustellen. Insbesondere bei baulich modernisierten Gebäuden, die keine nachträgliche Anlagenanpassung erfahren haben, ist ein Energiemehrverbrauch festzustellen. Dies lässt den Rückschluss zu, dass in der Praxis ein Mehrverbrauch aus der vorhandenen, nicht in Planung und Ausführung angepassten Anlagentechnik resultiert, die dem Nutzer Verschwendungspotentiale oder sogar einen Zwangswärmekonsum bietet. Die Vermeidung oder Minimierung dieser Verluste durch Wahl und Betrieb einer optimalen Anlagentechnik und die dadurch erreichbaren Energieeinsparungen im Neubau und Bestand sind Gegenstand der Untersuchungen. Ziel der Arbeit ist die Erarbeitung von Verfahren zur energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Qualitätssicherungsmaßnahmen der Heizungsanlagentechnik und von Vorschlägen zu deren Realisierung. Folgende Teilaspekte werden dabei bearbeitet:o Untersuchung der heutigen Situation der Qualitätssicherung der Anlagentechnik (Normen, Richtlinie, Verordnungen, Hemmnisse der Umsetzung)o Analyse von vorhandenen Energiebilanzverfahren (Normen zur EnEV, VDI 2067, Hessischer Energiepass u.a.) hinsichtlich der Bewertbarkeit der Anlagenqualität und -nutzung sowie Weiterentwicklung eines selbst entwickelten Bilanzverfahrens zur Bewertung von Qualitätssicherungo Untersuchung der Einzeleinflüsse und Wechselwirkungen von Eigenschaften des Baukörpers, der Nutzung und schwerpunktmäßig der Anlagentechnik und ihrer Qualitätssicherung (Überdimensionierung, Reglereinstellung, Hydraulischer Abgleich u.a.) auf den Energieverbraucho Abschätzung maximaler Verschwendungspotentiale bzw. der Bandbreite des Energieverbrauchs von Gebäuden bei heute typischer Anlagentechnik (Berücksichtigung von Anlagenkennwerten aus Praxisuntersuchungen)o Beschreibung von Verfahren zur Energiedatenauswertung und Interpretation monatlich oder jährlich erfasster Verbrauchsdaten mit beispielhafter Anwendung (Schwerpunkte: Heizgrenztemperatur, bezogene Heizlast, Witterungsbereinigung, lastabhängige und lastunabhängige Wärmeverluste),o Exemplarische Vorstellung einer Typologiematrix zur Datenarchivierung und Grobanalyse von Gebäuden, mit deren Hilfe in Beispielgebäuden aufgedeckte Einsparpotentiale durch eine Qualitätssicherung verallgemeinert werdeno Ermittlung der Grenzkosten von Qualitätssicherungsmaßnahmen mit Ableitung notwendiger Energieeinsparungen für Bestands- und Neubauten (Berücksichtigung von Kostenkennwerten aus Praxisprojekten)o Hinweise zur Umsetzung von Qualitätssicherungsmaßnahmen in die Praxis für verschiedene Nutzungstypen von Gebäuden (Wenig-, Normal-, und Vielverbraucher) Durch die Möglichkeit der energetischen und wirtschaftlichen Bewertung wird der Anreiz zur Umsetzung einer Qualitätssicherung in der Praxis erhöht bzw. vielfach erst geschaffen. Die Arbeit liefert die dazu notwendigen Vorarbeiten. Die beschrieben Grundlagen und Verfahren dienen der Typologisierung von Gebäuden und ihrer Anlagentechnik.Item Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur Optimierung des Energieverbrauchs künstlicher Beleuchtung(Universität Dortmund, 2001-02-06) Görres, Markus; Schramek, Ernst-Rudolf; Müller, Helmut F. O.Optimierte, tageslichtabhängig geregelte Beleuchtungsanlagen reduzieren den Energieverbrauch und erfüllen die Anforderungen der Nutzer an eine hohe Qualität der Beleuchtung. Zur Erzielung eines optimalen Kompromisses ist bereits im frühen Planungsstadium ein entsprechendes Berechnungsverfahren erforderlich.In dieser Arbeit wird deshalb ein Berechnungsverfahren entwickelt, dass einen funktionalen Zusammenhang der entscheidenden Einflussgrößen herstellt und somit eine Berechnung des vorhandenen Tageslichtes und des erforderlichen jährlichen Energieverbrauchs für künstliche Beleuchtung erlaubt.Das entwickelte Berechnungsverfahren und dessen Anwendung in einer computergestützten Berechnung und einem grafischen Planungswerkzeug schließt eine Lücke im Bereich der Kunst- und Tageslichtberechnung und dient Planern als schnelles und einfach anzuwendendes Hilfsmittel zur Optimierung der Tageslichtnutzung und Minimierung des Energieverbrauchs.