Auswirkungen von Vereinfachungen bei der Flächenerfassung für Mehrzonenbilanzen auf die Energiebedarfsermittlung

Die energetische Bilanzierung von Nichtwohngebäuden macht in der Regel eine umfangreiche Zonierung der Gebäude erforderlich, was auch eine zeitaufwändige Ermittlung der Hüllflächen mit sich bringt. Im ersten Teil der Veröffentlichung wurde ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, mit dem die Erfassung der Gebäudehüllfläche im Ein‐Zonen‐Modell erfolgen kann, während die energetische Bilanzierung im Mehrzonenmodell nach DIN V 18599 stattfindet [1]. In diesem Artikel wurden zwei Methoden diskutiert. Beim einfachen Verfahren erfolgt die Verteilung der Hüllfläche automatisch über einen vorgegebenen Algorithmus. Das erweiterte Verfahren erlaubt von der Zonenebene aus Präzisierungen bei der Verteilung. In Teil 1 wurde der Einfluss auf den flächenbezogenen Fehler aufgezeigt [1]. Der vorliegende Teil 2 beschäftigt sich mit den Auswirkungen auf den Energiebedarf und führt beide Analysen zusammen. Ziel der Untersuchungen war die Bewertung, ob für die Berechnung des Gebäudeenergiebedarfs im Rahmen der Erstellung eines Energieausweises die Flächen und Stoffwerte der Gebäudehülle auf Gebäudeebene definiert und dann nach einem vorgegebenen Schlüssel (einfaches und erweitertes Verfahren) auf die Zonen aufgeteilt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fehler im Energiebedarf gering und für die frühe energetische Bewertung von Gebäuden, im Rahmen der Nachweiserstellung, ausreichend präzise sind. Das Verfahren ist so konzipiert, dass das Gebäudemodell im Rahmen der Projektbearbeitung weiter präzisiert und detailliert werden kann, ohne dass die zuvor hinterlegten Daten verloren gehen. Die vorgestellten Vereinfachungen finden Anwendung in der Luxemburger EnEV zur energetischen Bewertung von neu zu errichtenden Nichtwohngebäuden. The effects on energy demand analysis of the simplified surface area calculation and zoning model. The energy performance assessment of non‐residential buildings generally requires a detailed zoning procedure, which in turn leads to a time‐consuming allocation of the envelope surface areas to the individual zones. The first part of the study, in [1], describes a simplified procedure, whereby the building is analysed according to a single‐zone model whereas the energy balance in the multi‐zone model is calculated according to DIN V 18599. In this paper two methods are discussed. The simplified procedure uses an algorithm to allocate the building envelope surface area automatically to the zones. The extended procedure enables precise allocations starting from the zone level. In part 1 the influence on error relating to allocation based on envelope surface area is revealed. The following part 2 of the report examines the effects on energy demand, combining the two analyses. The results show that the errors in energy consumption for heating, cooling and lighting are minor and sufficiently precise for the scope of the pre‐assessment required for a building permit. The procedure is designed to enable the building model to be made more detailed and precise during the planning phases of the project without losing the underlying data. The simplifications presented will be implemented in the new Luxembourg EnEV for the energy performance assessment of non‐residential buildings.     

Energetische Bilanzierung von Wohngebäuden nach DIN V 18599

Die energetische Bilanzierung von Wohngebäuden darf gemäß EnEV 2009 wahlweise auf Grundlage der neuen Berechnungsnorm DIN V 18599 oder auf Basis der älteren Vorschriften DIN V 4108‐6 in Verbindung mit DIN V 4701‐10 vorgenommen werden. Eine Berechnung nach DIN V 18599 führt hierbei im Regelfall zu einem höheren Primär‐ und Endenergiebedarf. Dieses ist einerseits auf den ungünstigeren Ansatz der Randbedingungen (Raumtemperatur, Interne Gewinne, Trinkwarmwasserbedarf, etc.) zurückzuführen, beruht aber im Wesentlichen auf einer im Allgemeinen deutlich ungünstigeren Bewertung der anlagentechnischen Seite bei Verwendung von Standardwerten. Auch der zulässige Primärenergiebedarf des Referenzgebäudes ist bei einer Auslegung nach DIN V 18599 im Regelfall deutlich höher und kann berechnungsabhängig sogar das Niveau der alten EnEV 2007 erreichen. Hier wäre eine zukünftige Anpassung der Rechenverfahren wünschenswert. Im Rahmen dieses Beitrags werden entsprechende Vergleichsrechnungen an idealisierten Wohngebäuden vorgenommen, die auch eine quantitative Einschätzung der Unterschiede für Regelfälle ermöglichen. Hierbei wird deutlich, dass unter Angleichung der Randbedingungen und bei genauerer Darstellung der anlagentechnischen Kenngrößen eine Annäherung der Rechenergebnisse erfolgt. Im Hinblick auf eine praxisgerechte und vereinfachte energetische Bilanzierung kann das Rechenverfahren der DIN V 4108‐6 in Verbindung mit DIN V 4701‐10 für Regelfälle im Wohnungsbau verwendet werden. Eine Berechnung von normalen Wohngebäuden nach dieser Norm gestattet eine gleichsam einfache wie zuverlässige energetische Bilanzierung. Für Gebäude mit Kühlung oder komplexer Anlagentechnik kann DIN V 18599 verwendet werden. Die Wahlfreiheit für Wohngebäude sollte auch bei zukünftigen gesetzlichen Regelungen Anwendung finden. Establishing the energy performance of residential buildings in accordance with DIN V 18599. In accordance with EnEV 2009 (Energy Conservation Regulations), it is permitted to calculate the energy performance of residential buildings on the basis of the new DIN V 18599 calculation standard or the older DIN V 4108‐6 regulations in combination with DIN V 4701‐10. As a rule, calculations carried out in accordance with DIN V 18599 lead to higher primary and final energy demand. This is in part due to less favourable input parameters (room temperature, internal gains, demand for domestic hot water, etc.) but in general, it is mostly due to a significantly less favourable evaluation of services installations when using standard values. Likewise, the permitted primary energy demand of the reference building is significantly higher in most cases when assessed under DIN V 18599, and may even reach the level of the old EnEV 2007, depending on how the calculations are carried out. For the future it would be desirable to modify the calculation methods. This article contains comparative calculations for theoretical residential buildings which also allow a quantitative assessment of the differences in standard cases. It becomes clear that when equivalent input parameters are used and the services installations parameters are defined more precisely, the calculation results are less divergent. With a view to a simplified and yet practice‐orientated method for calculating the energy performance of standard residential buildings, it is possible to use the calculation method of DIN V 4108‐6 in combination with DIN V 4701‐10. Calculating the energy performance of standard residential buildings in accordance with this standard provides a simple and yet reliable method. For buildings with cooling or more complex services installations, DIN V 18599 can be used. It is recommended that future legislation allow the option of choice for residential buildings.     

Anforderungen an die Wärmedämmung der Gebäudehülle: ein Vergleich zwischen EnEV 2009 und EnEV 2007

Im Hinblick auf die Anforderungen an die Dämmung der Gebäudehülle hat sich ein Wechsel der Bezugsgrößen und Abhängigkeiten von der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2007 zur EnEV 2009 vollzogen. Deshalb ist ein direkter Vergleich der beiden Vorschriften, zumindest bei Neubauten, nicht ohne weiteres möglich. Im folgenden Artikel wird die Möglichkeit eines allgemein gültigen Vergleichs der beiden Anforderungsniveaus untersucht. Daraus lassen sich für den Planer Schlüsse im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen und deren Auswirkung auf den Entwurf und die Konstruktion ziehen. Abschnitt 1 behandelt dabei den Neubau von Wohngebäuden, Abschnitt 2 den Neubau von Nichtwohngebäuden und Abschnitt 3 die Bestandsgebäude. Comparison of the heat insulation requirements for building envelopes between EnEV 2007 and EnEV 2009. The heat insulation requirements for building envelopes depending on reference values and various conditions have been changed from EnEV 2007 (German Building Energy Conservation Ordinance) to EnEV 2009. Therefore, a direct comparison of both regulations is not possible, especially for new buildings. In this article the possibility of a generally valid comparison of both requirement levels is examined. Conclusions for the design of residential buildings, commercial buildings and refirbishment of existing buildings are given.     

Qualitätsprüfung für Energieausweis‐Software

Nach der Einführung der Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV 2007) beauftragte das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) ein Forschungsprojekt, um die am Markt verfügbare Software zur EnEV 2007 einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Der Zweck des Projektes war die Prüfung hinsichtlich einer korrekten Nachweisführung und Energiepassausstellung sowie die Erarbeitung von Methoden zur Qualitätsprüfung und ‐sicherung mit dem Ziel, Transparenz bei den am Markt vorhandenen Softwarelösungen zu schaffen. Darüber hinaus sollte durch die Bereitstellung von Testmodulen die Möglichkeit geschaffen werden, vorhandene Softwareprodukte durch das Aufdecken von Mängeln stetig weiter zu entwickeln, um so die Qualität der Produkte auf hohem Niveau dauerhaft zu sichern. Es wurden 15 Softwareprogramme für Nichtwohngebäude und 13 Programme für Wohngebäude für die Bedarfsberechnung nach DIN 4108‐6 und DIN V 4701‐10 und für Verbrauchsausweiserstellung untersucht. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden schwerpunktmäßig die Ergebnisse für die Bedarfsberechnungen auf Basis von DIN V 18599 für den Nichtwohngebäudebereich vorgestellt. Quality tests for Energy Passport software. Shortly after the introduction of the 2007 Building Energy Conservation Ordinance (EnEV 2007), the German Institute for Applied Information Technology in Construction (IAIB) was commissioned by the German Federal Office for Building and Regional Planning (BBR) to carry out quality tests for the EnEV 2007 software available on the market. The specified project aims were to check calculation and Energy Passport issuing procedures and the development of quality assurance methods with the aim of creating transparency regarding the software solutions available on the market. 15 software programs for office buildings and 13 software programs for residential buildings were examined with regard to the determination of energy demand according to DIN V 18599 and with regard to energy consumption.     

Energieeinsparpotential eines Passivhauses unter Berücksichtigung von Wetterprognosen

Innovative Regelungen in Gebäuden können beachtliche Energieeinsparungen zur Folge haben. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf Gebäude gelegt, die in einem gesteigerten Maße von ihrer Umwelt thermisch entkoppelt sind: dazu wird ein nach Passivhausstandard gebautes, real existierendes Bürogebäude modelliert, das Modell mit Monitoring‐Daten validiert und simuliert. Anhand der Simulationen mit der Simulationsumgebung TRNSYS und der Hinzunahme von gemessenen Wetterdaten werden mögliche Energieeinsparpotentiale erkannt und ausgewertet. In dieser Betrachtung, die den Zeitraum eines kompletten Jahres (Zeitraum 2009/2010) beinhaltet, liegt der Fokus auf Energieeinsparungen, die durch intelligentes Heizen und Kühlen des Gebäudes erzielt werden können. Potential for saving energy in a Passivhaus building, taking into account weather forecasts. Innovative controls in buildings can lead to remarkable energy savings. The main focus of this paper is on buildings that are highly thermally insulated from their environment: the model is based on an existing building that was built to Passivhaus standard, and then validated with monitoring data and simulated. By adding actual, measured weather data in the simulations (which were done in the TRNSYS simulation environment) potential energy savings are identified and evaluated. In this analysis, which covers a full year (2009/2010), we concentrate on energy savings in the building’s heating and cooling systems.     

Der neue DIN‐Fachbericht 4108‐8 Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden

Zunehmend wird wieder von Problemen des Schimmelpilzwachstums in Wohngebäuden berichtet. Die Baukonstruktion eines Wohngebäudes muss die Voraussetzung schaffen, dass bei üblicher, bestimmungsgemäßer Nutzung der Räume die Innenoberflächen der Bauteile so warm und trocken bleiben, dass Schimmelpilzwachstum vermieden wird. Gegebenenfalls sind entsprechende Wärmedämm‐ und anlagentechnische Sanierungsmaßnahmen erforderlich. Gleichzeitig muß das Nutzerverhalten den baukonstruktiven und nutzungsbedingten Gegebenheiten angepasst sein. Dazu gehört eine gleichmäßige Beheizung, eine ausreichende Belüftung, eine weitgehend ungehinderte Luftzirkulation durch entsprechende Möblierung, sowie eine nicht ungemessen hohe Feuchtefreisetzung. Der DIN‐Fachbericht 4108‐8 “Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden — Teil 8: Vermeidung von Schimmelwachstum in Wohngebäuden” fasst die Einflussfaktoren Baukonstruktion, Heizung, Lüftung, Nutzung/Nutzerverhalten zu einer ganzheitlichen Betrachtung zusammen. Er hilft bei der Klärung von Ursachen und bei der Einleitung von Gegenmaßnahmen. Avoiding mould growth in dwellings — the new report on DIN 4108‐8. Problems with mould growth in residential buildings are an increasing occurrence. The construction of a dwelling house should ensure that, provided rooms are used in accordance with the design purpose, the internal surfaces of the building components stay sufficiently warm and dry so that mould growth is avoid ed. Where this is not the case, remedial measures have to be undertaken, such as installing additional insulation and/or ventilation/ heating devices. But it is equally important that the behaviour of the users of a building is appropriate for the design of the building. This includes evenly distributed space heating, adequate ventilation, air circulation that is largely unobstructed by furniture, and that moisture release in the dwelling is not excessive. The report on DIN 4108‐8 ‘Thermal insulation and conserving energy in buildings — Part 8: Avoiding mould growth in dwellings’ takes a comprehensive look at all relevant factors, such as construction details, heating and ventilation systems, and user behaviour. The report helps to clarify the causes of problems and makes suggestions for remedial actions.     

Außenwandkonstruktionen für Schwimmhallen

Die kontinuierlich steigenden Anforderungen an die allgemeinen Komfortbedingungen in Verbindung mit einer immer weiter wachsenden Nachfrage nach den unterschiedlichsten Wellness‐Angeboten führen sowohl im Hotel‐ und Touristikgewerbe als auch im privaten Bereich zu umfangreichen Neu‐ und Umbaumaßnahmen. Bei öffentlichen Schwimmhallen liegt das Hauptaugenmerk dabei auf geeigneten Maßnahmen zur Steigerung der Energie‐Effizienz bei gleichzeitiger Modernisierung und Attraktivierung der entsprechenden Gebäudeteile. Nun handelt es sich bei diesen Gebäuden oder Gebäudeteilen um bauliche Einrichtungen, deren Nutzung beispielsweise als Schwimmhalle, als Whirlpoolraum oder als Saunavorraum eine gegenüber den konventionellen Randbedingungen von Aufenthaltsräumen deutlich erhöhte Feuchtebelastung bedingt: Es liegen hier nicht nur gegenüber Wohngebäuden deutlich erhöhte Temperaturen und Luftfeuchten – und damit eine völlig andere Größenordnung der Wasserdampfpartialdrücke der Raumluft – sondern auch grundsätzlich andere Nutzungs‐ und Betriebszeiten vor. Damit ergibt sich dann, dass der dauerhaft schaden‐ und mängelfreie Betrieb einer solchen Einrichtung eine entsprechend angepasste Baukonstruktion der umgebenden Bauteile und somit eine spezielle fachliche Betrachtung der bauphysikalischen Randbedingungen erfordert. Während für die konventionelle Wohn‐ oder Büronutzung eines Gebäudes die bauklimatisch anzusetzenden Randbedingungen (sowie die korrespondierenden Nachweisverfahren) normativ geregelt sind und die Auswirkungen auf die entsprechende bauliche Realisierung damit mehr oder weniger geläufig sind, fehlen diese Erkenntnisse im Bereich der Feuchträume im Allgemeinen und der Schwimmhallen im Besonderen weitestgehend. External wall constructions for indoor swimming pools. The continually increasing requirements for general comfort conditions combined with an ever growing demand for the widest range of wellness facilities result in numerous new‐build and extension projects in the hotel and tourist trade as well as in private homes (example see fig. 1). With public swimming pools the focus of attention is on suitable measures to increase the energy efficiency of the relevant parts of buildings and to modernise and make them more attractive at the same time. With these buildings or parts of buildings we are dealing with buildings used as swimming pools, jacuzzis or saunas and much more exposed to the effects of moisture compared to the normal boundary conditions of recreational areas: Not only are the temperatures and humidity content much higher and therefore the partial pressures of the water vapour in the air indoors on a completely different scale, but they are generally open and used at different times. This means that the long‐term operation of such a building free of damage and shortcomings requires a correspondingly suitable construction of the surrounding components and thus a special expert assessment of the building physics boundary conditions. Whereas the boundary conditions relating to the temperature and moisture in the building (and the corresponding methods) to be applied to residential or office buildings are regulated by standards and the effects on the corresponding construction of the building in practice are therefore more or less familiar, there is a general lack of this information for indoor areas with high humidity in general and swimming pools in particular.     

Universelle Energiekennzahlen für Deutschland — Teil 2: Verbrauchskennzahlentwicklung nach Baualtersklassen

Die universellen Energiekennzahlen für Deutschland beinhalten bis dato 1/4 Million Gebäude‐Energieverbrauchskennzahlen der BRUNATA‐METRONA‐Gruppe aus den vergangenen sechs Jahren. Deren Datenaufbereitung umfasst die rückwirkende Revision respektive Normierung aller Energiekennzahlen anhand neuer ortsgenauer Klimafaktoren des Deutschen Wetterdienstes. Eine Auswahl von 110.000 Energiekennzahlen von gas‐ und ölbeheizten Gebäuden — davon etwa die Hälfte mit Baujahr nach 1977 — werden statistisch gemäß ihrer Kennzahlenentwicklung nach Baualtersklassen aufgeschlüsselt. Betrachtet wurden dabei nur nominell wärmetechnisch unsanierte Mehrfamilienhäuser bis 1994 und Neubauten ab 1995. Es wird belegt, dass die Mediane der heutigen Energiekennzahlverteilungen der bis in die 1960‐er Jahre gebauten Gebäude relativ konstant um 155 kWh/(m2a) liegen. Für diesen Bauzeitraum fallen die Energiekennzahlen für rund 90 % des Bestandes (5 bis 95 % Quantil) zwischen 100 und 260 kWh/(m2a). Seitdem fallen die Mediane stetig auf aktuell bis 85 kWh/(m2a). Der stärkste relative Rückgang ergibt sich für die Baujahre von 1994 nach 1995 mit Inkrafttreten der Wärmeschutzverordnung 1995. Die Standardabweichungen der Verteilungen haben sich gegenüber den Gebäuden aus den 1960‐er Jahren von über 50 kWh/(m2a) bis auf heute an nähernd 25 kWh/(m2a) etwa halbiert. Eine Gegenüberstellung der empirisch ermittelten Verbrauchskennzahlverteilungen mit den typischen Mindestanforderungen der vergangenen Wärmeschutzverordnungen und aktuellen Energieeinsparverordnungen schließen sich an. Mathematische Parametrierungen der empirischen Kennzahlverteilungen für Modell‐ und Hochrechnungen der Energieeffizienzentwicklung werden mitgeliefert. Universal Energy ratings for Germany — (Part 2): Evolution of rating distributions according to year of building construction. To date, “Universal Energy Ratings” for Germany contain about a quarter of a million energy consumption ratings recorded by the BRUNATA METRONA Group within the recent six year period. Data processing comprises a retro perspective review and normalisation of all energy ratings according to new, localised climate factors from the German weather service. A subset of 110.000 energy ratings concerning gas‐ and oil‐heated buildings only — half of those built past 1977 — has been analysed statistically by creating energy rating distributions depending on construction year, focussing exclusively on unrenovated objects (according to 1995 standards) built prior to 1995 and new buildings constructed in 1995 or later. It is shown, that the median values of rating distributions from about 1900 up into the 1960ies appear relatively constant around 155 kWh/(m2a). For building construction years within this time interval 90 % of today’s energy ratings (5 % to 95 %‐percentiles) fall into the range between 100 and 260 kWh/(m2a). For construction years after the mid 1960ies the median values continuously decrease to about 85 kWh/(m2a) today. Their corresponding standard deviations decreased by a factor of two from above 50 kWh/(m2a) to about 25 kWh/(m2a). The most distinct relative decrease occurred between 1994 and 1995 when the WSVO’95 was activated. This work adds a direct comparison between the recorded today energy ratings and the typical requirement levels of the various heat insulation regulations, WSVO, and Building Energy Conservation Ordinances, EnEV, concerning building construction years starting from 1977. We also present parameterization functions for the most important rating distributions that could be utilized for general model calculations and extapoletions to picture future energy efficiency evolution.     

Entwicklung von Planungs‐ und Sanierungskonzepten für den russischen Wohnungsbau

Für russische Wohnhäuser der ersten Periode des industriellen Bauens, so genannte “Chruschtschowki”, besteht ein hoher Sanierungsbedarf. Im Rahmen der nachfolgenden Betrachtungen werden mögliche energetische Sanierungsmaßnahmen für diese typischen russischen Wohngebäude vorgestellt. Das Ziel ist eine Angleichung an das europäische Wärmeschutzniveau und die Erstellung eines einheitlichen Berechnungsansatzes. Als Grundlage für die durchgeführten Berechnungen dienten die deutschen Vorschriften der aktuellen Energieeinsparverordnung in Kombination mit der Berechnungsnorm DIN 4108‐6 sowie DIN 4701‐10. Hierzu wurden die klimatischen Bedingungen Russlands am Beispiel der russischen Metropole Sankt Petersburg in die Berechnungen integriert. Die Datenanalyse des Bestandsgebäudes eröffnet eine große Bandbreite an Möglichkeiten zur Erhöhung der Energieeffizienz. So wird unter anderem im Zuge der Berechnungen festgestellt, dass durch relativ kostengünstige Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeschutzes eine bedeutende Verringerung des Endenergiebedarfs erreicht werden kann. Es werden weiterhin mögliche Sanierungsvarianten unter Einbeziehung verschiedener Materialien und Heizungsanlagen vorgestellt. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die Zukunft russischer Wohnhäuser wie der hier dargestellten Typenserie 1‐507 alles andere als aussichtslos ist, wie oft vermutet wird. Sie können im Gegenteil durchaus als komfortabler und funktionaler Wohnraum dienen. Auch die Verwendung regenerativer Energiequellen wie der Solarenergie ist unter den Bedingungen einer nördlich gelegenen Stadt wie Sankt Petersburg realisierbar. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass eine Sanierung der russischen Wohnbauten der ersten Periode des industriellen Bauens durchaus lohnenswert sein kann, insbesondere wenn man die Entwicklung der Energiepreise betrachtet. In seiner energieeffizientesten Form (“Passivhaus”) bringt eine Sanierung eine Reduzierung des Endenergiebedarfs von bis zu 90 % im Vergleich zum Bestandsgebäude mit sich. Development of plans for retrofitting Russian housing, taking into account European competences for increasing its energy efficiency. There are various options for retrofitting Russian prefabricated concrete‐slab buildings of the first period of industrial construction, so‐called khrushchevki, with the object of bringing them up to European standards of thermal insulation technology. In the given case the basis of calculations was the German EnEV 2007 (Building Energy Conservation Ordinance). The analysis of sample building data opened up a large range of possibilities for increasing its energy efficiency. For instance, calculations ascertained that relatively inexpensive methods of enhancing a building’s thermal insulation can achieve a significant decrease in energy consumption for heating. In addition, this thesis analyzes possible variations of retrofitting and reconstruction using different types of materials and heating systems. The results clearly illustrate that residential houses e.g. type series 1‐507 have a future as comfortable and functional housing space. In fact, and in contrast to common prejudices, their “fate” is far from hopeless. Even the climatic circumstances of a northern city such as St. Petersburg do not preclude the use of alternative energy sources such as solar energy. On the contrary, it is a conceivable method of support for heating systems. In summary, the investigations show that the retrofitting of prefabricated concrete‐slab buildings of the first construction period is a sensible project, especially when taking into account the further development of fossil energy prices. In its most sophisticated form (the passive house), retrofitting will result in energy savings of up to 90 %.     

Exakte U‐Werte von Stahlbeton‐Sandwichelementen

Zur genauen Ermittlung der Wärmeverluste über die Hüllfläche eines Gebäudes unter stationären Randbedingungen ist — neben anderen Kennwerten — die möglichst exakte Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten (U‐Werte) der Fassadenflächen notwendig. Für Fassaden aus Stahlbeton‐Sandwichelementen ist der U‐Wert dabei aus den homogenen Einzelschichten in Verbindung mit den zusätzlichen Wärmeverlusten infolge der systembedingt vorhandenen Anker‐ und Fugensysteme zu bestimmen. üblicherweise werden dazu vereinfacht Pauschalzuschläge angenommen, die zwar das Berechnungsverfahren deutlich vereinfachen, jedoch zu verfälschten Ergebnissen und in der Regel darüber hinaus auch zu ökonomisch ungünstigen Ergebnisse führen. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden ein praxistaugliches Berechnungsverfahren vorgestellt, das die genaue Erfassung der Wärmeverluste aus Anker‐ und Fugensystemen sowohl für individuelle Elementkonfigurationen als auch für beliebig gestaltete Fassaden ermöglicht und damit zu exakten U‐Werten führt. Precise U‐values of precast concrete sandwich panels. For the exact determination of the heat losses over the building envelope with static boundary conditions it is necessary to determine — besides other parameters — the thermal transmittance (U‐value) of the exterior walls as accurate as possible. The U‐value of precast concrete sandwich panels is quantified on the one hand out of the homogeneous layering of the three sandwich components and on the other hand out of the additional thermal losses of different anchor and joint systems. Usually simplified additions are assumed, which obviously simplify the computation method but generally lead to economically unfavorable results. With this in mind, a practice‐suited computation method is presented which enables the exact examination of additional heat losses for anchor and joint systems for individual element configurations as well as the whole facade system and therefore leads to accurate U‐values.     

Beitrag zur Lösung des Problems der Algenbildung auf Außenwänden mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS)

Das hygrothermische Verhalten der Gebäudehülle wird durch das periodische Umgebungsklima sowie durch die bauphysikalischen Eigenschaften der Außenbauteile bestimmt. Ein sehr häufig vorkommendes Phänomen bei nachträglich wärmegedämmten Fassaden ist die Ansiedlung von Algen und die damit verbundene Beeinträchtigung der neuen Außenoberflächen. Das gleiche Problem wird auch bei gut gedämmten Neubauten beobachtet. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass dieses Phänomen auf eine erhöhte Außenputzfeuchte zurückzuführen ist: die Kondensation von Wasserdampf in porösen Materialstrukturen, ausgelöst durch die nächtliche Abkühlung der Außenoberfläche infolge des Strahlungsaustausches zwischen Gebäudehülle und Himmel. Um das eventuell entstehende Problem schon in der Planungsphase erkennen zu können, sollte die zuverlässige rechnerische Modellierung der Wärmeübertragung entwickelt werden. Dabei sollten sowohl die zeitlich veränderliche Wärmeleitung und Konvektion durch einzelne Materialschichten als auch die kurzwellige (von der Sonne durch die Atmosphäre zur Erdoberfläche) und langwellige (zurück in die Atmosphäre) Strahlung detailliert einbezogen sein. Diese Wärmeübertragungsprozesse müssen gekoppelt mit der Feuchteaufnahme, ‐verteilung in den Poren (in verschiedenen Phasen) und ‐abgabe berücksichtigt werden, obwohl einige der genannten Prozesse nicht in einfacher Weise durch deterministische mathematische Beziehungen charakterisiert werden können. Die quantitative Analyse der Strahlung ist für alle Hersteller der äußeren Materialschichten von großer Bedeutung, weil die Abnahme des Emissionsgrades die Kondensation von Wasserdampf in den Oberflächenschichten vermeiden kann. Dieser Beitrag stellt auch einen relativ einfachen und physikalisch transparenten Ansatz für die Simulation der genannten Prozesse dar, der anhand von mehreren Messungen validiert wurde. Das Modell basiert auf der Finite‐Differenzen‐Methode, ausgedrückt in Form einer nichtstationären Differentialgleichung der Wärmeleitung, gekoppelt mit bestimmten Finite‐Volumen‐Verfahren für die Bewertung des Feuchtigkeitsgehaltes unter Berücksichtigung der nichttrivialen Umgebungsrandbedingungen, die Konvektion und Strahlung umfassen. Contribution to the solution of the algae problem on façades insulated with external thermal insulation compound systems (ETICS). Heat and moisture propagation in building envelopes is determined both by quasi‐periodic climatic conditions from external environment and by thermal and moisture insulation and accumulation properties of particular material layers. A typical phenomenon of reconstruction of dwelling structures is the presence of algae and the consequent surface degradation of new insulation systems. The same can be observed in case of new building objects, even of those with insulation layers made from special advanced materials. Several research works try to analyze this problem to detect its sources and possible solutions. The present study shows that the population of algae is conditioned by the elevated moisture content. This phenomenon can be explained by the night condensation of vapour from porous material structures, driven by the thermal radiation from building envelopes to the clear sky. To detect such potential difficulties just at the projection stage, to be able to search for alternative remedies, the reliable computational modelling of heat transfer should include both time‐variable heat conduction and convection through particular constructive and insulation layers and short‐wave (from sun through atmosphere to earth surface) and long‐wave (back to atmosphere) radiation supplements, These heat transfer processes have to be coupled with the input, propagation and output of moisture in various phases in pores, although some of above sketched processes cannot be easily characterized by deterministic mathematical relations. The quantitative analysis of radiation components is significant for all producers of outer surface coatings because the decrease of emissivity is able to avoid condensation of vapour at all. The paper presents a relatively simple and physically transparent approach to the simulation of all sketched processes, validated by extensive measurements. The models based on the finite difference method applied to a non‐stationary differential equation of heat conduction, coupled with certain finite volume scheme for the evaluation of moisture content, and supplied with boundary conditions involving convection and radiation.     

Multifunktionale Gebäudehülle und Raum im Raum – Die Cité du Design in St. Etienne/Frankreich

Die nach den Plänen des deutsch‐französischen Architekten Finn Geipel errichtete Cité du Design in Saint‐Etienne soll sich zum führenden Zentrum für Design entwickeln und als solches wesentliche Impulse zum Strukturwandel in dieser zentralfranzösischen Region geben. Die Cité du Design bietet Raum für verschiedene Institutionen, Initiativen und Unternehmen aus dem Bereich des Design sowie der Informationstechnologie. Das Bauvorhaben besteht aus der sogenannten Platine, einem Aussichtsturm und den umgebauten Gebäuden einer ehemaligen Waffenmanufaktur (Bild 1). Die Platine spielt die zentrale Rolle im Gesamtprojekt: sie bietet wichtige Funktionen wie Ausstellungsräume, Säle für Veranstaltungen und eine Bibliothek. Der Aussichtsturm hatte als erstes fertig gestelltes Gebäude eine wesentliche kommunikationsstrategische Aufgabe zu erfüllen. Der vorliegende Aufsatz widmet sich den neu errichteten Gebäuden, d. h. der Platine und dem Aussichtsturm, die sich durch ihr filigran gestaltetes Stahltragwerk auszeichnen. Multifunctional building envelope and space‐and‐space – The Cité du Design in St. Etienne/France. The Cité du Design in Saint‐Etienne, built according to the German‐French architect Finn Geipel's designs, is planned to be developed as a leading centre of design and to drive further the structural change in this central French region. The Cité du Design offers space for various institutions, initiatives and companies from the field of design as well as information technology. The project consists of the so‐called Platine, an observation tower and renovated buildings of a former weapon factory. The Platine is the main part of the project and offers important functions such as showrooms, event halls, and a library. The observation tower, the first completed building, had to fulfil an essential task in communication strategy. The following essay presents the newly set up buildings, i. e. the Platine and the observation tower, both of which are characterised by their filigree steel structure design.     

Zur sinnvollen Anwendung ganzheitlicher Gebäudemodelle in der Tragwerksplanung von Hochbauten

Ausgehend von den kritischen Randbedingungen der Berechnung mit ganzheitlichen Gebäudemodellen werden typische und häufig anzutreffende Konstruktionsfälle diskutiert, bei denen Gesamtmodelle Vorteile für den Entwurf aufzeigen. Hier sind räumliche Tragwirkungen zu nennen, die Erfassung von Zwangsbeanspruchungen bei komplexen Grundrissen mit vielfältigen Festhaltungen sowie die Beanspruchung schlanker Gebäudestrukturen aus Windlasten und seismischen Einwirkungen. Für die genannten sinnvollen Anwendungsfälle werden die notwendigen Randbedingungen diskutiert. Die jeweiligen Anwendungsfälle werden anhand konkreter Gebäudebeispiele vorgestellt. On the reasonable use of total building models in the design of building structures Coming from the critical boundary conditions of the calculation with total building models, typical and prevalent constructions, where total models show advantages for the design, will be discussed. Here, spatial load‐bearing impact, the registration of unforced interactions of complex ground plans with various supports as well as the stressing of slender building structures resulting from wind loads and seismic impacts have to be mentioned. For the stated reasonable use cases the necessary boundary conditions will be discussed. The respective use cases will be presented by means of concrete building examples.     

Universelle Energiekennzahlen für Deutschland – Teil 1: Differenzierte Kennzahlverteilungen nach Energieträger und wärmetechnischem Sanierungsstand

Universelle Energiekennzahlen für Deutschland bezeichnen eine innovative Datenbank, in der aktuell 1/4 Million Gebäude‐Energieverbrauchskennzahlen der BRUNATA‐METRONA‐Gruppe aus den vergangenen Jahren normiert zusammengefasst sind. Die Datenaufbereitung umfasst (1) eine rückwirkende Revision aller meteorologischen Klimakorrekturen mithilfe neuer ortsgenauer Klimafaktoren des Deutschen Wetterdienstes, (2) eine Teil mengenbildung von 18 Kennzahlvergleichsgruppen nach drei Hauptenergie‐ trägern und sechs wärmetechnischen Sanierungsständen sowie (3) eine kontinuierliche Abbildung der Kennzahlverteilungen als Funktion der Gebäudegröße. Die Mediane der Energiekennzahlverteilungen bewegen sich über alle Gebäudegrößen und Vergleichsgruppen etwa zwischen 80 und 175 kWh·m^–2·a^–1. Die absoluten Unterschiede der Mediane der Energiekennzahlverteilungen machen zwischen Neubauten und Gebäuden mit nominell wärmetechnisch unsanierter Gebäudehülle absolut zwischen 40 und 60 kWh·m^–2·a^–1 aus, relativ für alle Größenklassen und Energieträger generell weniger als 30 %. Beim direkten Vergleich zwischen wärmetechnisch sanierten und unsanierten Gebäuden sinkt dieser Relativanteil unter 20 % für gas‐ und ölbeheizte, auf etwa 25 % für fernwärmebeheizte Objekte. Andererseits betragen die statistischen Verteilungsbreiten der Kennzahlverteilungen selbst schon je ±σ = ±25 bis ±55 kWh·m^–2·a^–1. Die Energiekennzahl‐Mediane für Neubauten nach 1995 liegen für die Energieträger Gas und Öl über 100 kWh·m^–2·a^–1, für Fernwärmeobjekte über 80 kWh·m^–2·a^–1. Ein Ansatz zur Einschätzung möglicher Sanierungspotentiale in absoluten Energiebeträgen sowie eine Hochrechnung des wohnflächengewichteten und am aktuellen Klima orientierten Mittelwertes des spezifischen Energieverbrauchs für den nationalen Mietwohnungsbestand auf ca. 120 kWh·m^–2·a^–1 werden vorgestellt. Universal energy ratings for Germany – (Part 1): Differentiated rating distributions according to energy source and energy efficiency standard. Universal energy ratings for Germany represent an innovative database in which a quarter of a million energy consumption ratings for buildings recorded in past years by the BRUNATA METRONA Group are currently summarised in a standardised form. Data preparation includes (1) a retrospective review of all the meteorological corrections with the aid of new, localised climate factors from the German Weather Service, (2) a subset of 18 rating comparison groups according to three main energy sources and six levels of energy efficiency standard and (3) a continuous illustration of the rating distributions as a function of building size. The medians of the energy rating distributions range between about 80 and 175 kWh·m^–2·a^–1across all building sizes and comparison groups. Generally, the absolute differences between the medians of the energy rating distributions of new buildings and unrenovated, existing buildings are between 40 and 60 kWh·m^–2·a^–1. The relative differences for all sizes and energy sources are generally less than 30 %. If one compares renovated and unrenovated buildings directly, the relative figure drops to below 20 % for gas‐heated and oil‐heated and to about 25 % for buildings with district heating. On the other hand, the statistical distribution ranges of the rating distributions themselves are as wide as ±σ = ±25 to ±55 kWh·m^–2·a^–1 respectively. The energy rating medians for new buildings built after 1995 and using gas and oil as energy sources are above 100 kWh·m^–2·a^–1. They are above 80 kWh·m^–2·a^–1for buildings with district heating. An approach for gauging the possible renovation potential in terms of absolute energy and an extrapolation of the mean value of specific energy consumption for the country's existing rented apartments, weighted in terms of living area and based on the current climate, to approx. 120 kWh·m^–2·a^–1 are presented.     

Erste Erfahrungen mit Mehrfamilien‐Passivhäusern in monolithischer Bauweise

Zum ersten Mal entstehen Mehrfamilien‐Wohnhäuser mit den höchsten Ansprüchen an Energieeffizienz und Nachhaltigkeit in monolithischer Bauweise. Die Gebäude werden in Frankfurt a. M. von der ABG Frankfurt Holding im nördlichen Stadtteil Kalbach Süd errichtet. Der architektonische Entwurf stammt aus dem Büro Scheffler und Partner, die statische, energetische und bauphysikalische Planung des Projekts hat das Frankfurter Büro Bollinger + Grohmann Ingenieure übernommen, die gebäudetechnische Planung das Büro Baumgartner. Es handelt sich dabei um die ersten monolithisch gebauten Mehrfamilien‐Passivhäuser. Sie markieren daher einen Meilenstein für die einschalige monolithische Bauweise in Verbindung mit einem anspruchsvollen energetischen Standard. Die Herausforderung für die Planer bestand in der Berücksichtigung verschiedener Aspekte und deren integrale Einbindung in die Planung. Ausgehend von vorgegebenen Parametern der städtischen Bebauungspläne, von Planungs‐ und Bedarfsvorgaben, wie z. B. Anzahl der erforderlichen Wohneinheiten, Aspekten der Familienfreundlichkeit und Barrierefreiheit, sollte eine Bauweise mit höchsten Ansprüchen an Ressourceneffizienz im weitesten Sinne realisiert werden. Dabei waren nicht nur Aspekte der Energieeffizienz von zentraler Bedeutung. Auch die Kosteneffizienz bei einer den gesamten Lebenszyklus umfassenden Betrachtung sollte die langfristige ökonomische Nachhaltigkeit für Nutzer und Eigentümer sichern. Gleichzeitig ergeben sich aus den hier gesammelten Erfahrungen wichtige Fragen für Forschung und Entwicklung im Bereich des nachhaltigen Bauens, das keinesfalls im Konflikt mit der Kreativität und der Vielfalt der Baukultur steht. First experiences with apartment buildings built in monolithic construction to Passivhaus standard. For the first time, apartment buildings are being built in monolithic construction that meet the most exacting requirements regarding energy efficiency and sustainability. These buildings are under construction in the northern district of Kalbach Süd in Frankfurt (Main) by ABG Frankfurt Holding. The architectural design was produced by Scheffler and Partners, the Frankfurt structural engineers Bollinger + Grohmann undertook the structural design including building physics and energy related aspects, and Baumgartner Engineers took charge of M&E design. These apartment buildings are the first monolithically constructed apartment buildings built to Passivhaus standard. They therefore represent a milestone in single‐skin monolithic construction in connection with an exacting energy standard. The challenge for architects and engineers was to consider a range of different aspects and accommodate them in the design. In addition to given parameters such as the urban development plan, client requirements such as the number of apartments, aspects of family living and barrier‐free standards, the briefing called for the highest construction standard in terms of efficient use of resources in the widest sense. This meant that the emphasis was not only on energy efficiency. Cost efficiency throughout the entire lifecycle of the building was equally as important in order to ensure long term economic sustainability for users and owners. The experience gained on this project will also provide answers to important questions regarding research and development in sustainable building, which is not in any conflict with the creativity and diversity of our architectural culture.     

Softwaregestützte Kostenermittlung für die Gebäudeinstandsetzung

In diesem Beitrag werden Möglichkeiten der softwaregestützten Kostenermittlung für die Instandsetzung vorgestellt, die in den vergangenen Jahren im Rahmen mehrerer Instandsetzungsprojekte entwickelt wurden und für unterschiedlichste Gebäudetypen anwendbar sind. Schwerpunkte sind die zügige und präzise Schadenserfassung und ‐bewertung als Schlüsselfaktoren für die Ermittlung der zu erwartenden Baukosten. Am konkreten Beispiel werden die Vorteile der softwaregestützten Schadenserfassung und ‐bewertung beschrieben, und es wird der Bezug zur Praxis hergestellt. Computer aided cost calculation for building repair. This paper shows ways of software aided cost calculation for rehabilitation of buildings, which have been developed in recent years in several repair projects and which are applicable for various building types. The advantages of automated damage assessment and evaluation are described at an example of a parking garage and are related to the practice.     

Universelle Energiekennzahlen für Deutschland — Teil 3: Spezifischer Energieverbrauch für zentrale Warmwasserbereitung und Relation zum Heizenergieverbrauch

Die Universellen Energiekennzahlen für Deutschland beinhalten 1/4 Million Gebäude‐Energieverbrauchskennzahlen der BRUNATAMETRONA‐Gruppe, welche während der vergangenen sechs Jahre erhoben wurden. In bisherigen Analysen wurde der Verbrauch für Raumheizung und für zentrale Warmwasserbereitung zusammengefasst. Hier wird der Energieverbrauch für die zentrale Warmwasserbereitung aufgeschlüsselt und adressiert dessen steigende Bedeutung am Gesamtenergieverbauch im Kontext des allgemein verbesserten Sanierungsstandes und der gestiegenen Energieeffizienz von Wohngebäuden. Der typische absolute Energieverbrauch zur Warmwasserbereitung reduziert sich von wenig energieeffizienten Gebäuden hin zu sehr energieeffizienten Gebäuden um gut die Hälfte, nämlich von etwa 40 kWh m^—2 a^—1 auf etwa 15 kWh m^—2 a^—1 (Mediane), während andererseits der relative Anteil des Energiebedarfs zur Warmwasserbereitung von 15 auf 35 % und damit auf mehr als das Doppelte ansteigt. Die Erkenntnis, dass die Warmwasserbereitung in gut wärmegedämmten Gebäuden ein Drittel des Heizenergieverbrauchs übersteigen kann, unterstreicht die Notwendigkeit der verbrauchsgerechten Erfassung von Warmwasser für eine möglichst große Verteilgerechtigkeit der Energiekosten und eine exakte Abgrenzung der Warmwasserbereitung von der Raumheizung für energetische Analysen. Zusätzlich wird eine Methode der angewandten Mathematik zur automatisierten Kennzahlbildung für beliebige Datengesamtheiten vorgestellt. Universal energy ratings for Germany — Part 3: specific energy consumption for central water heating and the relation to heating energy consumption. The universal energy ratings for Germany include about a quarter of a million energy consumption figures for buildings recorded by the BRUNATA‐METRONA Group over the last six years. In previous analyses the consumption for space heating and central hot water heating have been combined. Now figures have been broken down to show the energy consumption for central water heating, reflecting its increasing significance to overall energy consumption in the context of the general improvements in renovation levels and the increased energy efficiency of residential buildings. The typical absolute energy consumption for water heating is reduced from buildings with low energy efficiency levels to very energy‐efficient buildings by more than half, i.e. around 40 kWh m^—2 a^—1 compared with around 15 kWh m^—2 a^—1 (median values), while the relative proportion of the energy consumption used for water heating rises from 15 % to 35 %, more than double. The finding that water heating in well thermally‐insulated buildings can represent a third of the heating energy consumption, and in future may rise to as much as half, underlines the necessity of determining the amount of hot water according to use, giving a breakdown of energy costs that is as accurate as possible and precisely differentiating water heating from space heat ing for energy analysis purposes. In addition, an applied mathematics method is proposed for the automated compilation of figures for any desired body of data.     

Ein Vergleich von Passiv‐ und Niedrigenergie gebäuden am Beispiel zweier Wohnhäuser in Österreich

Die Bezeichnungen “Niedrigenergie”‐ und “Passiv”‐Haus beschreiben verschiedene Grade der Energieeffizienz von Gebäuden im Zusammenhang mit Richtlinien und Standards unterschiedlicher europäischer Länder. In den letzten Jahren gab es viele Diskussionen über die Vor‐ und Nachteile von Niedrigenergie‐, Passiv‐ und neuerdings auch Plusenergiehäusern. In diesem Kontext zeigt der vorliegende Beitrag eine detaillierte Bewertung von Wohnungseinheiten in zwei Wohnhäusern in Wien, Österreich. Eines dieser Gebäude ist ein Niedrigenergiehaus, während das andere die Kriterien eines Passivhauses erfüllt. Da beide Gebäude gleichzeitig von denselben Baufirmen am selben Grundstück errichtet wurden und sich in Konstruktion und Grundrissen gleichen, bieten sie ein geeignetes Beispiel für eine vergleichende Performance‐Einschätzung: Der Hauptunterschied zwischen den Gebäuden liegt (abgesehen von stärkerer Dämmung des Passivhauses) im Lüftungssystem: Passivhäuser verwenden kontrollierte Lüftungssysteme, während in Niedrigenergiehäusern der Luftaustausch hauptsächlich durch Fensterlüftung vonstatten geht. Der Vergleich der Gebäude basiert auf gemessenen innenklimatischen Bedingungen (Lufttemperatur, relative Luftfeuchte und CO₂‐Konzentration) in jeweils zwei Einheiten jedes Gebäudes über einen Zeitraum von fünf Monaten aufgezeichnet. Außerdem wurden die Gebäude hinsichtlich Energieverbrauch (Heizung und Strom), grauer Energie für die Bauteile, CO₂‐Emissionen (sowohl für Bauteile als auch im Betrieb) und Konstruktionskosten verglichen. A comparison of passive and low‐energy buildings using the example of two apartment blocks in Austria. The terms “low‐energy” and “passive” denote different levels of energy performance of buildings in the context of guidelines and standards in a number of European countries. In the last few years, there have been many discussions as to the benefits and drawbacks of low‐energy and passive (and recently, energy‐plus) buildings. In this context, the present contribution includes a detailed assessment of apartment units in two building blocks in Vienna, Austria. One of these blocks may be characterized as low‐energy, while the other one adheres to the benchmarks for passive buildings. As these blocks have been erected on the same site and at the same time (with many similar construction and layout features), they provide a proper case in point for a comparative performance assessment: the main difference between the two blocks is, setting aside the higher insulation level of the passive building, the ventilation system. Apartments in the passive block use controlled ventilation, whereas the low‐energy apartments use mainly window ventilation. The comparative assessment of these buildings was based on measured indoor parameters (indoor air temperature, relative humidity, and CO₂ concentration) in two units of each block over a period of five months. Moreover, the apartments were assessed regarding actual energy use (heating, electricity), embodied energy for construction, CO₂ emissions (both for construction and operation), and construction costs.