Gesamtheitliche Ansätze: Beispiele aus der Forschungsgruppe Nachhaltiges Bauen udn Erneuern. Gianrico Settembrini, Institut für Gebäudetechni und Energie IGE, Hocschule Luzern.

1. T direkt
Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE
Zentrum für Integrale Gebäudetechnik
Gianrico Settembrini
Leiter Forschungsgruppe
+41 41 349 38 16
gianrico.settembrini@hslu.ch
Horw 05.09.2018
NACHHALTIGES BAUEN –
HEUTE UND MORGEN…
Gesamtheitliche Ansätze -
Beispiele aus der Forschungsgruppe
Nachhaltiges Bauen und Erneuern
Nachhaltigkeitsforum 2018
Suurstoffi Areal Rotkreuz, 6. September 2018

2. Folie
Nachhaltiges Bauen – heute und morgen
Treibhausgasemissionen und Folgen… Der Klimawandel
4, 05.09.2018
Quelle (Daten und Abbildungen):
MeteoSchweiz, 2013, Klimaszenarien Schweiz – eine regionale Übersicht, Fachbericht MeteoSchweiz, 243, 36 pp
Bild Titelseite: iStock - https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/zukunftsblog/ archiv/2013/10/die-klima-erwaermung-steht-nicht-still.html

3. Folie
Ausgangslage Klimawandel
Einfluss auf den Schweizer Gebäudepark
Es ist anzunehmen, dass das Schweizer Klima im Laufe des
21. Jh. signifikant vom heutigen und vergangenen Zustand
abweichen wird. Je nach Szenario und Region wird bis
zum Ende des Jh. eine Zunahme der jahreszeitlichen
mittleren Temperatur von 3.2-4.8°C vorausgesagt. [1]
5, 05.09.2018
[1] CH2011 (2011), “Swiss Climate Change Scenarios CH2011”, published by C2SM, MeteoSwiss, ETH, NCCR Climate, and OcCC, Zurich
Bild links: Wouda R., Editorialbild Das Magazin, Zeitschrift der TA Media AG, Ausgabe Nr. 8, Februar 2018
Bild rechts: http://www.torange-de.com/Backgrounds-textures/texture/Die-Textur-des-alten-Bürogebäude-14743.html

4. Folie
ClimaBau –
Planen angesichts des Klimawandels:
Energiebedarf und Behaglichkeit
heutiger Wohnneubauten
bis ins Jahr 2100
Vorkehrungen zur Optimierung der
Gesamtenergiebilanz und Behaglichkeit von
Bauten über deren gesamten Lebensdauer
Bundesamt für Energie, Bundesamt für Umwelt
2015- 2017
CCTP
ZIG
Gianrico Settembrini
www.hslu.ch/climabau

5. Folie
Fragenstellung des Projekts ClimaBau
Klimawandel und Schweizer Wohnbauten
Welche Raumtemperaturen sind in Wohngebäuden
im laufenden Jh. ohne Gegenmassnahmen zu erwarten?
Wie wird sich der thermische Komfort in
Wohngebäuden ohne Kühlsysteme verändern?
Welchen Energiebedarf für die Kühlung ist in
Wohngebäuden bei Erhalt der heutigen Komfort-
ansprüchen zu erwarten?
Wie wird sich der Gesamtenergie- und
Leistungsbedarf von Wohngebäuden verändern?
(Heizung, Kühlung und Beleuchtung)
Welche Massnahmen können getroffen werden um
den Bedarf zu optimieren? (technische Ausstattung,
Architektur, Normenwerk, Gesetzgebung usw.)
7, 05.09.2018
Bild: Die Eisskulptur von Nele Azevedo als Symbol für die Folgen der Klimaerwärmung.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fe/Minimum_Monument_art_installation_by_Nel
e_Azevedo_in_Chamberlain_Square%2C_Birmingham_UK.JPG
Die brasilianische Künstlerin Nele Azevedo macht mit Eisskulpturen wiederholt auf die Folgen des
Klimawandels aufmerksam. Die Abbildung zeigt eine Installation in Birmingham aus dem Jahr 2014.

6. Folie
Inhalte des Projekts
Methodik – drei Handlungsfelder
Das Klima (mit MeteoSchweiz)
Welche Klimaszenarien, bzw. Meteodatensätze sind für
eine langfristige Betrachtung bis 2100 zu verwenden?
Der Gebäudepark (mit HSLU T&A, CCTP)
Welche repräsentative Wohnbau-Typen sind für eine
langfristige Betrachtung bis 2100 zu verwenden?
Die Simulationen
Welchen Einfluss hat der Klimawandel auf den
Gesamtenergiebedarf und die Behaglichkeit bei den
untersuchten Wohnbauten?
Welche Handlungsempfehlungen lassen sich für die
Planung ableiten, wenn man Energiebedarf und Komfort
heutiger Wohnbauten auf deren gesamten Lebensdauer
optimieren will?
8, 05.09.2018

7. Folie
Ergebnisse Phase 1 – Einfluss des Klimawandels
Vergleich der Perioden «1995» und «2060»
Reduktion Heizwärmebedarf
Altbauten  ca. 20%
Neubauten  ca. 30%
Anstieg Klimakältebedarf
A  exponentiell, jedoch unbedeutend
N  stark, auf ca. 50% der Heizwärme
Klimakälteleistung in «2060»
A  25-40% der Heizleistung
N  bis zum Doppelten der Heizleistung
11, 05.09.2018
Grafiken: Jährliche Medianwerte zu Heizwärme- und Klima-
kältebedarf (links) sowie zu Heizwärme- und Klimakälteleistung
(rechts) der vier untersuchten Fallstudien in der Referenzperiode
„1995“ (1980-2009; jeweils die linke Säule) und der Periode
„2060“ (2045-2074; jeweils die rechte Säule) am Standort Basel.
Die Prozentzahlen geben die auf den Klima-wandel
zurückführbare Veränderung an .
Altbauten  Neubauten Altbauten  Neubauten

8. Folie
Parameter «Standort» «städtischer Wärmeinseleffekt»
Analyse der Bewertungsgrössen «Heizwärme- und Klimakältebedarf»
12, 05.09.2018
Am Beispiel der Simulationsergebnisse
für das durchschnittlich warme Jahr 2063:
Der städtische Wärmeinseleffekt für den Standort
Basel führte jeweils zu einer Erhöhung der
Überhitzungsstunden von mindestens 50%.
Entsprechend erhöht sich der Klimakältebedarf,
während sind der Heizwärmebedarf im Vergleich
geringfügig reduzieret.
Beim Standort Lugano beträgt der Klimakältebedarf
mehr als das Dreifache des Heizwärmebedarfs!
Grafik: Heizwärmebedarf (x-Achse) und Klimakältebedarf (y-Achse) des
Referenzmodells in den Jahren 2004 und 2063, den durchschnittlich warmen Jahren
der Perioden „1995“ und „2060“, jeweils am Standort Basel, unter Berücksichtigung
des städtischen Wärmeinseleffekts am Standort Basel und am Standort Lugano. Die
Grösse der Kreise stellt das Verhältnis der Anzahl an Überhitzungsstunden dar.

9. Folie
Schlussfolgerungen
 erheblicher Einfluss des Klimawandels
auf Energiehaushalt und Behaglichkeit in Wohnbauten
Paradigmenwechsel:
Verschiebung der Bedeutung von der Winter- (Heiz-
wärme) hin zur Sommerbetrachtung (Behaglichkeit)
Energie und vor allem bei der Leistung
Verstärkt in der südlichen Schweiz / in Städten (!)
Wichtigkeit des Verhaltens der Bewohnerschaft
Unsachgemässe Bedienung des Referenzgebäudes
Raumtemp. > 40 °C / ca.2’000 Überhitzungsstunden!
Bei optimaler Bedienung
Sicherstellung von behagliche Raumtemperaturen
Idealer Nutzer realistisch? Automation als Lösung?
Entscheidende Entwurfsparameter
Fenster, Speicherfähigkeit (nach wie vor)
Massnahmen über den Lebenszyklus von Wohnbauten
Integration in heutige Normen / Wirkung bis Ende Jh.
Free cooling/Geocooling1 bei hohem Fensteranteil?
13, 05.09.2018
1) Free cooling: Abgabe der Wärme an die Luft während der Nacht.
Geocooling: Abgabe der Wärme an das Erdreich über dieselben Erdsonden, die im Winter
Umgebungswärme für die Wärmepumpen liefern.
Bild: Minimum Monument von Nele Azevedo als Symbol für die Folgen der Klimaerwärmung.
© 2014 Steve Eggleton / eventdigital.co.uk

10. Folie
Gebäudehülle Hochhausfassaden –
Ein Entscheidungs- und Beurteilungs-
instrument zur Erstellung nachhaltiger
Fassaden mehrgeschossiger Gebäude
KTI-Projekt, CRB
2013 - 2016
FG MS A
CCFM
IFZ
ZIG
Prof. Urs-Peter Menti
www.hslu.ch/de-ch/hochschule-
luzern/forschung/projekte/detail/
?pid=3361

11. Folie
14 Hochhäuser der Schweiz
KTI-Projekt Hochhausfassaden
15, 05.09.2018

12. Folie 16, 05.09.2018
Entscheidungen
Fassaden
Rohbau
Lastabtragung
nicht über Fassade
Raumklima
Kein Schutzstreifen
Brandschutz
Nutzer
Akzeptanz?
Platzbedarf
Zentrale, Verteilung
Sommerliche
Überhitzung
Blendung
Erhöhte Anforderungen
an den Sonnenschutz
Planung
Bauablauf
Vorfertigung
Fassadenintegration
Rohbautoleranz
Energiebedarf
Hohe externe
(Kühl-) Lasten
Geringere
Gebäudemasse
Sonnenschutz
häufig gesenkt
Höherer
Energie-
verbrauch
Höherer Kunstlichtanteil
Höherer
Heizwärmebedarf
Anforderungen an
den Wärmeschutz
Kaltluftabfall
Strahlungsasymmetrie
Sprinkler
Hohe Anforderungen
an Planer
Vorlauf in der Planung
Graue Energie
Fundation
Thermische
Speichermasse
Kostenkonsequenz
Auswirkungen und Wechselwirkungen

13. Folie
Energieeffizienz
17, 05.09.2018
asp Architekten
EWE Arena
Oldenburg 2005
JessenVollenweider
Amt für Umwelt und Energie
Basel 2013-2015

14. Folie
Massstab und Architektonischer Ausdruck
18, 05.09.2018
Gigon Guyer
Prime Tower
Zürich 2008-2011
Meili Peter Architekten
Zölly Hochhaus
Zürich 2009-2014

15. Folie
Funktionalität
19, 05.09.2018
Alison & Peter Smithson
Economist Gebäude
London 1964
Sanaa
Zollverein-Kubus
Essen 2006

16. Folie
Alterung
21, 05.09.2018
Martin Linsi
Haus in der Schweiz
Jean Prouvé
Maison Tropicale
Brazzaville 1951

17. Folie
Hochschule Luzern Technik & Architektur, Kompetenzzentrum Typologie & Planung in Architektur (CCTP)
Homogene Backsteinfassade –
Ein konstruktives System
KTI-Projekt, Keller AG Ziegeleien, Ziegelei Schumacher AG,
AGITEC AG, Biene Fenster AG, IGD Grüter
2017 - 2019
CCTP
CCKI
FG FM
IGE
Ueli Herres

18. Folie
Spezialist vs. Allrounder
Homogene Backsteinfassade?
Die Idee…
24, 05.09.2018
- Tragen
- Dämmen
- Schützen
 in einem Konstruktionssystem

19. FolieLow Tech als Ansatz

20. Folie
Langlebigkeit
- Ressourcen und Graue Energie
- Reparierbar, Anpassbar (Öffnungen)
- Anwendbar auf verschiedene
Ausgangslagen: Vielfalt!
Resistenz
- Reserven, Puffer und Toleranzen
- Möglichst lange Lebensdauer der Bauteile
- Wenn nicht möglich: Bauteiltrennung bei
unterschiedlichen Lebensdauern
 Optimiertes Gesamtsystem!
Homogene Backsteinfassade
Der Nachhaltigkeitsgedanke… oder eine Lebenszyklusbetrachtung
26, 05.09.2018
Gegenüberstellung der Grauen Energie eines
Wärmedämmverbundsystems WDVS und der homogenen
Backsteinfassade bei gleichem U-Wert der Gebäudehülle

21. Folie 27, 05.09.2018
Homogene Backsteinfassade
Die Lebenszyklusbetrachtung
Prof. Dr. Hartwig Stempfle
Hochschule Luzern Technik & Architektur, CCKI
Verarbeitung / Bauablauf
- Minimierte Schnittstellen:
Bauteile und Materialien / Gewerke
- Einfachheit, bekannte Einzelkomponenten
 Fehlertolerante Bauprozesse
Tragfähigkeit und Verformung (erste Versuche)
- Verbesserung bei horizontaler Last > 10%
- Steigerung der Verformung bei Bruchlast > 40%

22. Folie
Ausblick: Nachhaltigkeit morgen?
«Schweiz im Wandel»
28, 05.09.2018
Bild: Minimum Monument von Nele Azevedo als Symbol für die Folgen der Klimaerwärmung.
© 2014 Steve Eggleton / eventdigital.co.uk
Klimawandel
Demographischer Wandel
- Älter werdende Gesellschaft
- Krankheiten, z.B. Demenz
Migration
- Stadt-Land
- Steigende Bevölkerungszahl
- Verdichtung
Wirtschaftliche Ungewissheit
- Steigende Bedürfnisse
- Soziale Konflikte durch Ungleichheit