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Prof. K. Hildebrand
Swegon Air AcademyZunfthaus zur Waag, Münsterhof 8, 8001 Zürich
Seminar 10. September 2009
Referat: Komfort versus (?) Nachhaltigkeit
Prof. Kurt Hildebrand
Prof. K. Hildebrand
Die Uraufgabe der Architektur
Gebäude zu bauen, die sich im Einklang mit derUmgebung befinden und in denen sich Menschen wohl fühlen. (Werner Nachtigall)
Behaglichkeit und Komfort erreichen wir (zu einem grossen Teil) mit nachhaltiger Gebäudekonstruktion und Haustechnik
Prof. K. Hildebrand
AGENDA
-Nachhaltigkeitsgedanken
-Komfort und Behaglichkeit
-Zusammenfassung
Prof. K. Hildebrand
Klimawandel, Treibhauseffekt, Kyoto-Protokoll, …
1979
2008
Prof. K. Hildebrand
CO2-Reduktion, Energie sparen, Energieeffizienz, …
1900
2008
Aletschgletscher
Prof. K. Hildebrand
Energierelevanz im Bereich Gebäude
Rund 40 bis 50% des Energieverbrauchsder Schweiz resultieren aus dem Betrieb des «Gebäudeparks Schweiz» Quelle: Ch. Grmür
Energiepraxis Seminar
Prof. K. Hildebrand
KulturWirtschaftUmwelt
Gesellschaft
Markt
Vision
Motivation Nachhaltigkeit
«Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, welche weltweit die heutigen Bedürfnisse zu decken vermag, ohne für künftige Generationen die Möglichkeit zu schmälern, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken.»
(Brundtland-Bericht «Our Common Future», 1987)
Vom Zins leben, nicht vom Kapital!
Prof. K. Hildebrand
Architektur
- «Ein Bauwerk soll dauerhaft, zweckmässig und schön sein.»Diese Maxime stellte der römische Architekt Vitruvius 33 vor Chr. auf.
- und…... nachhaltig soll es auch sein. Eckpfeiler einer nachhaltigen Entwicklung sind «gesellschaftliche Solidarität», «Erhaltung der natürlichen Umwelt» und «wirtschaftliche Effektivität und Effizienz».
Marcus Vitruvius Pollio33. v. Chr.
Prof. K. Hildebrand
Rekonstruktion der atmosphärischenCO2 Konzentration
Quelle: Prof. Thomas Stocker, Universität Bern Beitrag Status-Seminar 2006: Die Erde im Treibhaus – eine Herausforderung für das 21. Jahrh.
Prof. K. Hildebrand
260
280
300
320
340
360
380
400
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
ppm
Globale CO2-Konzentration
Quelle: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL (http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/)
Februar 2005Kyoto-Protokolltritt in Kraft
1997Kyoto-Protokoll
erstellt
19731. Ölschock
Vorindustrielles Niveau: ca. 275 ppm (ZH, Selnau 420ppm)
1986LRV in Kraft
Prof. K. Hildebrand
Hauptprobleme unter dem Aspekt der intergenerationellen Verteilung sind heute:
• die Kernenergie
• der Verbrauch fossiler Brennstoffe
• das Wasser
• der Artenverlust
Prof. K. Hildebrand
Peak Oil – The Growing GapGeplanter Abstieg?
Prof. K. Hildebrand
CO2 Situation:
Globaler CO2 Ausstoss 4 t/a und KopfCH Situation 6 t/a und Kopf
Nachhaltiges Mass 0.6 t/a und Kopf
2000 Watt Gesellschaft 6500Watt inkl. grauer Energie
heute „Soll“ 2000 Watt 500 Watt nicht erneuerbar
Prof. K. Hildebrand
CORE Zielsetzungen per 2050(Eidgenössische Energieforschungskommission)
Wärme in Gebäuden: ohne fossile Brennstoffe
Energie in Gebäuden: Halbierung des Verbrauchs
Energie aus Biomasse: Nutzung verdreifachen
Treibstoffverbrauch von Personenfahrzeugen: drei Liter auf 100 km (Flottenverbrauch)
Prof. K. Hildebrand
Leistung «Nachhaltiges Bauen»- Die menschliche Komponente
Hohe Behaglichkeit sicher stellen – thermisch, hygienisch und optisch.
- Die kulturelle KomponenteDas Gebäude als Kulturgut – gute Architektur mit Bezug zur Umgebung.
- Die technische KomponenteMöglichst geringer Energiebedarf über den Lebenszyklus, von hoher Lebensdauer, mit umweltverträglichen und wieder verwertbaren Materialien.
- FazitKonstruktion und Materialanwendungen so wählen, dass möglichst wenig geheizt oder gekühlt werden muss (Leerlauftemperatur).
Prof. K. Hildebrand
• Dichten• Isolieren• Mechanisch Lüften• Sonnen-Nutzung
Ent
wic
klun
g
• Minergie • Minergie - P• Minergie - ECO• 2000W - Gesellschaft• Green Building LEED
Ziele: Behaglichkeit vom Zins
Prof. K. Hildebrand
Leistung der Gebäudetechnik:
- Gebäudetechnik kann die Ziele der Architektur stützen, verstärken und verfeinern
- Effektivität und Effizienz in der Nutzung und Verwendung von Primärenergien
- Komfort und BehaglichkeitQuelle: GDI Impuls 2/09
Prof. K. Hildebrand
Gebäudetechnik G = ∑ H.L.K.S.E.GA
- Heizungstechnik- Lüftungstechnik- Klima-, Klimakälte- Technik- Sanitärtechnik - Gebäude Elektro-
engineering- Gebäudeautomation
Prof. K. Hildebrand 19
MuKEn, Minergie und Minergie-P im Vergleich
3.0 l
Minergie-P
Prof. K. Hildebrand
Bedarfsermittlung, Bedarfsminimierung, Bedarfsoptimierung
BedürfnisseRessourcen-Einsatz
• Leerlauftemperatur
• Energiequellen
• Erneuerbar, nicht erneuerbar
• Bilanzieren von Verlust und Gewinn
Kühlen mit Luft oder mit Wasser?
8760 h
Konzepte (Meteo Adelboden)
Prof. K. Hildebrand
?
- Wie ‚Behaglich‘ und ‚Komfortabel‘ ist Ihnen ?
- Wie warm ist es in diesem Raum?
- Wie hoch ist die relative Feuchte in diesem Raum?
Quelle: GDI Impuls 2/09
Prof. K. Hildebrand
Parameter, welche das Raumklima und den Komfort beeinflussen
Licht
Luftqualität
Lufttemperatur
Luftgeschwindigkeit
Temperatur der Umgebungsflächen
Vibrationen
Strahlung
Lärm
Feuchtigkeit
Statische Elektrizität
Infraschall
Prof. K. Hildebrand
Die Empfindsamkeit des Körpers
sehr empfindlich
sehr empfindlich
sehr empfindlichempfindlichwenig empfindlich
± 0.5 °C
2 °C
1 m/s25 W/m2± 15 %
- Lufttemperatur• Unterschied Luft- zu
Oberflächentemperatur• Luftbewegung in
Hautnähe• Strahlungswärme• rel. Luftfeuchtigkeit
BeurteilungEmpfind-lichkeits-schwelle
Parameter
Prof. K. Hildebrand
Mensch: Biophysikalische Daten
60 .. 80 kg0.06 m3
60 .. 80 min -116 min -10.5 m3/h18 .. 20 l/h37 °C32 .. 33 °C70 .. 80 W85 W40 .. 50 g/h
- Masse• Körpervolumen• Pulsschläge• Atemzüge• Atemluftmenge• CO2 Ausatmung (ruhend)• Körpertemperatur• mittlerer Hauttemperatur• Grundwärmeumsatz• Dauerleistung• Verdunstungsrate
Prof. K. Hildebrand
Die Grundgrösse „met“ (metabolism) dient als Mass für den energetischen Grundumsatz des Körpers als Funktion der physischen Aktivität.
1 met ≈ 60 W / m2 , dies entspricht etwa der metabolischenWärmeentwicklung einer still sitzenden Person, bezogen auf 1 m2 Körperoberfläche.
Wärmeproduktion und "met„ -Werte in Abhängigkeit der Tätigkeit(Körperoberfläche erwachsene Person; ca. 1.8 m2)
Prof. K. Hildebrand
Thermischer Widerstand von Bekleidung und entsprechende "clo" - Werte
Prof. K. Hildebrand
Wärmeabgabe des Menschen(sitzend, keine körperliche Tätigkeit, normale Bekleidung, ruhende Luft)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
10 14 18 22 26 30 34 38Lufttemperatur [°C]
Wär
mea
bgab
e [W
]
Strahlung Wärmeleitung Konvektion Verdunstung
„Je wärmer um so mehr latente Wärmeabgabe“
Prof. K. Hildebrand
Der Mensch im ZentrumEnergiehaushalt
Atmung 10 %Strahlung 45 %
Verdunstung 15 %
Ausscheidung 5 %Konvektion 25 %
Prof. K. Hildebrand
Innenluftqualität….zu Zeiten undichter Fenster, Türen, Holzbalkendecken, Ofenheizungen ...
«Einen ferneren Grund, auf frische Luft in den Wohnungen strenge zu achten, haben wir in der Erfahrung, dass schlechte Luft die Quelle vieler chronischer Leiden ist, und dass sie sicherlich einen grossen Anteil an den Volksübel: Scrofeln, Tuberkeln etc. hat. Wo also die natürliche Ventilation nicht ausreicht, die Vermehrung des Kohlesäuregehaltes der Luft in unseren Wohn- und Schlafräumen um 1 pro mille zu verhindern, dort hat künstliche Ventilation einzutreten.»
M. v. Pettenkofer 1858
Prof. K. Hildebrand
Raumakustik
ruhige Zone, Erholenmittlere Lärmbelastunghohe LärmbelastungMassnahmen notwendig, sehr hohe Lärmbelastung zum Wohnen nicht mehr zumutbar, Sofortmassnahmen
bis 5 %5 bis 15 %20 bis 25%über 30 %
bis 4545 bis 5556 bis 60über 60
bis 5555 bis 6061 bis 65über 65
Bewertung bezüglich Wohnqualität
Anteil stark gestörter Bewohner
Nacht(22°° - 06°°)
Tag(06°° - 22°°)
Leq in dB(A)
Mittlere Lärmpegel Leq und Wohnqualitäten
Prof. K. Hildebrand
Kriterien für gute Lichtgebung
• Schutz vor störendem Glanz und Reflexbildung• Schutz vor Direktblendung• angemessene Beleuchtungsstärke• harmonische Lichtdichteverteilung• natürliche Schattigkeit• geeignete Lichtfarbe• befriedigende Farbwiedergabe• Flimmerfreiheit
Prof. K. Hildebrand
Richtlinien für Nennbeleuchtungsstärken
4 - 80004000--Uhrmacheraussergewöhnlich
200010001000750Zeichen-arbeit
sehr hoch
1000500500300BüroLesen
hoch
500300300100Grob-arbeiten
mässig
--300100Fluregering
--10050KellerLager
sehrgering
ungünstige Seh- und Arbeits-beding-ungen
günstige Seh- und Arbeits-beding-ungen
ungünstige Seh- und Arbeits-beding-ungen
günstige Seh- und Arbeits-beding-ungen
Arbeits-platzbe-
leuchtung[lx]
Allge-meinbe-
leuchtung[lx]
BeispieleAnsprüche an die Beleuch-tung
Prof. K. Hildebrand
Aussenluftraten
- Differenziert nach Nutzung- Allgemeiner Wert 36 m3/h.Person
- Wohn- und Schlafräume Tag 30 m3/h.PersonNacht 18 m3/h.Person
- Schulräumeohne Fensterlüftung 30 m3/h.Personmit Fensterlüftung 20 m3/h.Person
Prof. K. Hildebrand
Raumluftfeuchte
Behaglichkeitsbereich 30 % - 60 % r.F. (21°C – 5 gW/kgL bis 26.5°C – 13.5 gW/kgL)
Dimensionierungsvorgaben nach Nutzungen Einhaltung bei allen Aussenklimabedingungen zwischen den Dimensionierungswerten Winter (Minimalwert) und Sommer (Maximalwert)
Ohne Befeuchtung darf die Grenze 30 % (5g/kg!)während 15 % der Nutzungszeit unterschritten werden!
Prof. K. Hildebrand
Bekleidung
Raumluft-temperatur
20
22
24
26
28
30
10 15 20 25 30 35
Tagesmaximum der Aussentemperatur in °C
Rau
mlu
fttem
pera
tur i
n °C
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 15 20 25 30 35Tagesmaximum der Aussentemperatur in °C
clo-
Wer
t
Prof. K. Hildebrand
Raumtemperatur ti
Geistige Leistungsfähigkeit
Zusammenhang Raumtemperatur und geistige Leistungsfähigkeit
Prof. K. Hildebrand
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
20 21 22 23 24 25 26
Lokale Raumlufttemperatur in °C
Zulä
ssig
e R
aum
luftg
esch
win
digk
eit i
n m
/s
TU = 40 % DR = 13 %
Zulässige Raumluftgeschwindigkeit
Prof. K. Hildebrand
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Glasanteil der Fassade
g-W
ert
NE, NW
E, SE, S, SW, W
N
Bauliche Anforderungen an den Sonnenschutz (g-Wert)Neu: Differenzierung nach Glasanteil und Orientierung
Prof. K. Hildebrand
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Glasanteil (GA) der Dachfläche
g-W
ert
Anforderungen an den g-Wert von Dachfenstern
Prof. K. Hildebrand
Aufenthaltszone
Schnitt
Grundriss
G
FE
E
C
A
B
A
B
G
C
D
FF
E
ED
F
Distanz von der inneren Oberfläche von DistanzA Böden (untere Begrenzung) 0.05 mB Böden (obere Begrenzung) vorw. sitzende Tätigkeit
vorw. stehende Tätigkeit1.30 m1.80 m
C Fenstern 1.00 mD Heizkörpern oder Klimageräten 0.60 mE Aussenwänden 0.50 mF Innenwänden 0.50 mG Türen, Durchgangszonen etc. speziell
Prof. K. Hildebrand
„met“ und „clo“ im Diagramm50% r.F und v = 15cm/s und 10% Unzufriedene
Prof. K. Hildebrand
Strahlungsassymetrie
Prof. K. Hildebrand
Zusammenfassung:
Prof. K. Hildebrand
Stellen Sie sich vor !
1
2
4
98
5
3
7
6
Prinzipschema
Was ist wenn es möglich ist einen ETV von > 50 zu erreichen?
Prof. K. Hildebrand
Fragen?
Danke und ……gute Behaglichkeit !
…Wissen macht alle gleich
…Handeln macht Gewinner
Prof. K. Hildebrand
Bildung
- …‘Jeder Intellektuelle hat eine ganz spezielle Verantwortung. Er hat das Privileg und die Gelegenheit, zu studieren. Dafür schuldete er es den Mitmenschen die Ergebnisse seines Studiums in der einfachsten und klarsten und bescheidensten Form darzustellen‘.
Das Schlimmste ist, wenn die Intellektuellen versuchen, sich ihren Mitmenschen gegenüber als grosse Propheten aufzuspielen und sie mit orakelnden Philosophien zu beeindrucken. Wer’s nicht einfach und klar sagen kann, der soll schweigen und weiterarbeiten, bis er’s klar sagen kann……
Sir Karl R. Popper 1902 Wien – 1994 London;«Auf der Suche
nach einer besseren Welt»