Folie 1 - balck + partner

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Folie 1 - balck + partner

Prof. Günter Pfeifer

Technische Universität Darmstadt

Fachbereich Architektur

Fondation Kybernetik

Pfeifer Kuhn Architekten Freiburg

www.Pfeifer-Kuhn.de

www.guenterpfeifer.de


Teil 3

Kybernetische Gebäudekonzepte

Bürogebäude – kirchliche Bauten


Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene der Universität Freiburg

pfeifer.kuhn.architekten

Kybernetische Gebäudezonierung,

offener Grundriss, Installationskerne als Tragfunktionen, Laborinstallationen vor der Nordfassade.

Luftkollektoren über die gesamte Südseite, sowie Teile der Ost- und Westfassade, Energiegärten,

Bauteilaktivierung in Verbindung mit Erdregister / Wärmerückgewinnung


Der offene Grundriss mit den Energiegärten. Installationsschächte außen -Nordseite


Südseite mit dem 3- geschossigen Luftkollektor - Speichermasse Holz / Energiegärten


Energiegärten innen


Bauteilaktivierung Erdregister


Erdwärmeregister Rohrschlangen unter der Sole


Innen - offen und verglast


Grundfunktionen Wärmen / Winterfall

Erdwärme temperiert Betondecken. Energiegärten und

Speichermassen = gute Klimapuffer

Solar erwärmte Luft strömt über Luftkollektor in die Büros.

Verbrauchte Raumluft strömt über Schächte ab.

Die Energie wird über Wärmetauscher entnommen und

dem Kreislauf wieder zugeführt.


Grundfunktionen Kühlen/Sommerfall

Bauteilkühlung durch Bauteilaktivierung über

Erdkollektor.

Wärmetauscher wird mit gekühltem Wasser aus dem

Erdregister versorgt.

Die kühle Luft fällt über Schächte in die Bürozonen.

Die erwärmte Lüft aus den Bürozonen wird über

natürlichen Auftrieb im Luftkollektor nach außen

abgezogen.


Natürliche Bürolüftung Winter

Natürliche Bürolüftung

Winter


Natürliche Bürolüftung Sommer


WRG

Rohrschlange

Energieschema

System Energieversorgung

Luftschächte innen

(Kühlfall)

Tagbetrieb

Bauteil-Kern-

Temperierung (Heiz-

und Kühlfall)

Nachtbetrieb

Luftschächte Fassade

Süd-Ost (Heizfall)

Wärmepumpe

OPTION

Alternative

Einspeisung

Fernkälte

Alternative

Einspeisung

Fernheizung

RLT-Labor / Nebenräume

Statische Heizung

(Heizkörper /

Radialvektoren

Fernkälte

Fernheizung


Temperaturverläufe

Simulation

Außenluft über Wärmetauscher


Co 2 -Emission


Süd und Südost - Luftkollektor mit der Holzwand


pfeifer.kuhn.architekten

Faller PharmaServiceCenter in Binzen


Prozesswärme in

Verbindung mit

Speichermassen

Beton zur Kühlung

Luftkollektor über 100

% der

Fassadenfläche

Bauglas einfach in

Verbindung mit

Betonwände und

Massivholzwänden

zur Speicherung

ohne Dämmung.


Das Gebäude funktioniert wie ein

Schwarzwaldhaus

Um die Wärmequelle lagern sich die

verschiedenen Funktionen und profitieren

von ihnen


Kontrolliert hinterlüftete

Fassade


Zentrum Verkündigung

Markuskirche,

Frankfurt am Main

Kirche / Umbau /

Gemeindezentrum / Bibliothek /

Verwaltung

Luftkollektor außen

Hülle: Profilbauglas zweischalig


Alter Zustand


Luftkollektor Fassade aus Profilgläsern:

dynamische Dämmung auch als Verpackung des Altbaus


Katholische Kirche St. Antonius, Stuttgart – Kaltental

Umbau / Liturgische Neuorientierung

Hypokausten-Boden - Luftkollektor innen - Hülle: Stoff

Architekten Pfeifer Roser Kuhn Freiburg


Umgestaltung der St.Augustinus Kirche Heilbronn

Neue Raumschale als Luftkollektor

Architekten Pfeifer Kuhn Freiburg

Modell des Wettbewerbes


Spitalkirche Mannheim Energetische Sanierung

Architekten: Erzbischöfliches Bauamt Heidelberg

Konzept: Fondation Kybernetik TU Darmstadt / Balck & Partner Heidelberg


• Lüftung aus Luftkollektoren in Dachgaupen

• Wenn energetisch sinnvoll wird die Luft über die Luftkollektoren angesaugt und in

Bodennähe in die Kirche eingeblasen. Damit wird die Speichermasse der Kirche bei

Wärmeangebot aufgewärmt.

• Die Luftkanäle werden von den Dachgaupen über die Treppenhäuser in den aufgeständerten

Boden geführt und an den Rändern ausgeblasen.

• Heizung über Fußboden

• Fernwärmeanschluss von den Stadtwerken

• Fußbodenheizung als Trockenbau unter Gestühl und Altarraum

• Schnell wirksame Aufheizung da wenig Speichermasse

• Verbesserte Wärmedämmung nach unten

• Regelung

• Temperatur und Feuchtevergleich des zwischen Kirche und Kollektor pro Dachfläche und

Einbringen der warmen Luft wenn Potentional in den Kollektoren vorhanden. Damit wird die

Auskühlung der Kirche über eine langen Zeitraum minimiert.

• Heizung wird nur benötigt, wenn das Wärmeangebot über die Lüftung nicht ausreichend ist.

• Durch flinkes Ansprechen der FB Heizung kurze Vorlaufzeiten


Fernwärme

Warmluft aus

Luftkollektor


Simulationsergebnisse

Maßnahmen

Beheizung währende der

Nutzung (15 °C) / außerhalb der

Nutzung (9 °C)

Bestandsgebäude

Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Variante 5 Variante 6

Dämmung

der Decke

Einbau

einer

Vorsatzscheibe

Nutzung der

Dachgaubenwärme

Kombination

Variante 1, 2

Kombination

Variante 1, 2, 3

Nutzung der

Dachgaubenwärme

(Fläche

vergrößert)*

X X X X X X X

ohne Beheizung

Dämmung der Geschossdecke

(10 cm MW)

X X X

Vorsatzscheibe (1,7 W/m²K) X X X

Lüftung über Dachgauben

Lüftung über vergrößerte

Dachgauben*

X X

Simulationsergebnisse

Heizenergiebedarf [kWh/a]** 36.421 33.407 30.955 21.490 28.073 11.893 20.381

Max. Heizleistung [kW] 63 59 54 53 52 39 53

Minimaltemperatur [°C] 8,2 8,3 8,4 8,5 8,5 8,8 8,5

Maximaltemperatur [°C] 25,6 25,2 23,8 25,4 23,4 23,5 26,1

Heizenergieeinsparungen bezogen auf das Bestandsgebäude

in Prozent 8,3% 15,0% 41,0% 22,9% 67,3% 44,0%

* Die Dachgaubengröße auf der Südseite des Gebäudes wurde verdreifacht.

** Nach DIN 18599 wird hierbei Nutzenergiebedarf ausgewiesen.

X


30 C

20 C

10 C

C

Simulationsergebnisse – Bestandsgebäude und Variante 5

Bestandsgebäude

-10 C

Jan. Feb. Mrz. Mai. Jun. Aug. Sep. Nov. Dez.

Außentemperatur C Raumtemperatur C

30 C

20 C

10 C

C

Variante 5

-10 C

Jan. Feb. Mrz. Mai. Jun. Aug. Sep. Nov. Dez.

Außentemperatur C Raumtemperatur C


Liebfrauenkirche Duisburg Architekt Toni Hermanns1963

Energetische Sanierung Umwandlung Versammlungsstätte

Architekt: Prof. Hannes Hermanns, Kleve

Konzept: Fassade Fondation Kybernetik TU Darmstadt Prof. Günter Pfeifer

Energetische Simulation : Balck & Partner


Stadtbibliothek Rheinfelden 2010

Architekten: Pfeifer Kuhn Freiburg


Energetische Sanierung Generalvikariat Fulda

Architekten: Arge Pfeifer Kuhn – Schönherr Juli Freiburg / Fulda mit Balck und

Partner

Gefördert von der Deutschen Stiftung Umwelt (DBU)


Konzept: Solarthermie integriert in Polycarbonatplatten - Kastenfensterprinzip


Winter – trüber Tag


Winter – sonniger Tag


Sommer - Nacht


Sommer - Tag


Kälteenergieenergieezeugung Übergangszeit

Kälte Verbraucher

Kälte Speicher

Kältepumpe

Solarkollektoren

Nachtkühlung

PCM Speicher


Wärmeenergieenergieezeugung Winter

Wärme

Verbraucher

Hzg Speicher

Wärmepumpe

Solarkollektoren

PCM Speicher


Kälteenergieenergieezeugung Übergangszeit

Kälte Verbraucher

Kälte Speicher

Kältepumpe

Solarkollektoren

Nachtkühlung

PCM Speicher


Kälteenergieenergieezeugung Sommer

Kälte Verbraucher

Kälte Speicher

Kältepumpe

Solarkollektoren

Nachtkühlung

PCM Speicher


Konzept – vorläufiges Simulationsergebnis

Maßnahmen Bestandsgebäude

Geschossdecke zum Dach wird

gedämmt WLG 035 - 200 mm

Dach aus Polycarbonat

UW = 1,55 W/m²K

AW wird von innen mit einer

Dämmung versehen WLG 040 - 120

innen mm wird eine Vorsatzscheibe

flächig moniert UW = 1,20 W/m²K

Fenster EG / OG werden

ausgetauscht U W = 1,20 W/m²K

(statt vorher 2,1 W/m²K)

Ergänzung einer RLT mit einem

WRG von 50 %

Wärmenutzung des

Fassadenzwischenraumes nach

techn. Konzept

Maßnahmenpaket

Variante 1

Simulationsergebnisse

Zone

1

Büro

(EG, 1. OG)

2

UG

(Archiv)

3

Bunker

Gesamtgebäude

1

Büro

(EG, 1. OG)

2

UG

(Archiv)

3

Bunker

Gesamtgebäude

Lüftungsverluste [kWh/a] 87.807 18.363 4.896 111.066 9.399 475 808 10.682

Wandverluste [kWh/a] 117.244 -509 -5.071 111.664 9.304 -355 -2.973 5.976

Dachverluste [kWh/a]* 0 0 0 -

-

Erdreichverluste [kWh/a] 0 -2.224 350 -1.874 - -277 2.254 1.976

Fensterverluste [kWh/a] 76.665 11.628 0 88.293 30.371 2.049 - 32.419

Solare Gewinne [kWh/a] 5.609 2.969 0 8.578 1.588 2,4 - 1.591

Interne Gewinne [kWh/a] 9.550 4.085 0 13.635 3.801 386 0,2 4.187

Heizenergiebedarf [kWh/a]** 476.013 19.301 495.314 56.834 1.342 - 58.176

Max. Heizleistung [kW] 290 46 0 336 136 96 -

232

Lichtenergiebedarf [kWh/a] 16.210 1.390 1 17.601 26.966 1.391 0,9 28.358

Maximaltemperatur [°C] 27 23 21 27,5 27,5 23,8 20,3 27,5

h > 27 °C 6 6 15 -

-

15

h > 28 °C -

-

-

W/m² NGFa 213 W/m²a 21 W/m²a W/m²a 25 W/m²a 1 W/m²a W/m²a

Heizenergieeinsparungen bezogen auf das Bestandsgebäude

in Prozent 88,3%

X

X

X

X

X

X

X


Energie und Investitionskosten

Energiebedarf Betrieb bisher Betrieb Wärmepumpe Betrieb neu Gas

Elektro

Ventilatoren kWh 3.840

Elektroenergie nach Feuerstein kWh

Wärmepumpe Wärme kWh 58.175

COP 4,5 Elt kWh 12.928

Summe Elektro kWh - €

16.768

Kosten Elektro bei €/kWh 0,12 € - 2.012 461

Heizung mit Gas

Energiebedarf kWh 525.780 61.753

0,0622 €/kW 32.704 € - € 3.841 €

Summe Energiekosten 32.704 € 2.012 € 4.302 €

Investition

Investition 75.000,00 €

107.000 € 60.000 €

Nebenkosten 20% 15.000,00 €

21.400 € 15.000 €

Summe Invest 90.000 € 128.400 € 75.000 €

3.840

3.840


Wirtschaftlichkeitsberechnung

Betrieb bisher Betrieb Wärmepumpe Betrieb neu Gas

Instandsetzung % 2% 2% 2%

Wartung % 2% 2% 2%

Bedienung % 0% 0% 0%

Summe €/a 3.600 € 5.136 € 3.000 €

Summe betreiben €/a 3.600 € 5.136 € 3.000 €

WIRTSCHAFTLICHKEIT

Nutzungsdauer a 25 25 25

Zinssatz % 6,00% 6,00% 6,00%

Annuitätsfaktor % 7,82% 7,82% 7,82%

Kapital-Faktor % 7,82% 7,82% 7,82%

Kapital-Kosten €/a 7.040 €

10.044 €

5.867 €

Summe Energie+Kapital+ Wartung €/a 43.344 € 17.192 € 13.169 €

Primärenergiebedarf kWh/a 525.780 34.905 61.753

CO2 Ausstoss g/kWh 302 633 302

CO2 Ausstoß pro Jahr kg/a 158.786 8.183 18.649


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