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Innovative Ansätze im Bauwesen
Die Bedeutung von Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Gebäuden nimmt vor dem Hintergrund des immer drastischeren Klimawandels bzw. der angestrebten - und von der Politik geforderten - Minderungen des weltweiten CO2-Ausstoßes permanent mehr zu. Um diesen Anforderungen an zukünftige und sanierte Gebäude besser entsprechen zu können, müssen zunehmend mehr innovative Lösungen eingesetzt werden. Nachfolgend wird - ohne Anspruch auf Vollständigkeit - ein Überblick über die derzeit im Bauwesen aktuellen Innovationen und deren Bezug zur Simulationstechnik aufgeführt.
Neue Baustoffe/Materialien/Bauteile
Phase-Change-Materials (PCM)
Der Einsatz von Phasenübergangsmaterialien (eng.: Phase Change Materials = PCM) zur Wärmespeicherung in Gebäuden wird seit längerem untersucht. Bereits Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts gab es Modellversuche zur Anwendung von Latentwärmespeichern in Heizsystemen. Seit den 1980er Jahren werden die Möglichkeiten von PCM im Bereich des sommerlichen Wärmeschutzes erforscht. Neue Verkapselungstechniken ermöglichen inzwischen das Einbringen von Phasenübergangsmaterialien in Putze und Spachtelmassen. Mit diesen PCM-konditionierten Materialien werden z.B. Innenwände und/oder Decken von Wohn- und Aufenthaltsbereichen ausgestattet. Alternativ hierzu ist eine Applikation von Phasenübergangsmaterialien als Makroelemente möglich.
Das Prinzip passiver PCM-Anwendung im Innenraum besteht darin, dass die Materialien während der Änderung ihres Aggregatzustandes (i.a. fest-flüssiger Übergang) latent Wärme speichern (Schmelzvorgang) bzw. freisetzen (Erstarrung). Der Latentwärmespeichervorgang führt zu niedrigeren Oberflächentemperaturen der PCM-konditionierten Wände und Raumlufttemperaturen im Vergleich zu einem herkömmlichen Raum. Je niedriger die thermische Masse des betrachteten Raumes, umso effektiver lassen sich PCM-Materialien einsetzen.
Eine Anwendung von PCM als Maßnahme des sommerlichen Wärmeschutzes kann die Spitzenwerte der operativen Temperatur während des Tages um einige Kelvin senken. Die tatsächliche Temperaturreduktion hängt neben der vorhandenen thermischen Masse von diversen Einflussgrößen ab wie z.B. Art und Auftragsstärke des PCM, Solareintrag in den Raum, Wärmeübergang am PCM, Luftwechselrate und Temperaturgang im Raum etc. .
Aufgrund der hohen Anzahl an relevanten Parametern empfiehlt sich eine Untersuchung des PCM-Einsatzes mittels Gebäudesimulation. Programme wie z.B. ESP-r oder TRNSYS verfügen über Berechnungsalgorithmen zur Simulation von kontinuierlichen Phasenübergängen in opaken Bauteilen, die z.T. hinreichend experimentell validiert sind. Damit lässt sich für einen betrachteten Raum die Temperaturreduktion berechen, die bei Einsatz eines speziellen PCM zu erwarten ist.
Vakuumisolierverglasung (VIG)
... ZAE ?
Photokatalytische Wandfarbe
Verbesserung/Reinigung der Raumluft durch tageslichtgetriebene katalytische Prozesse in der Wandfarbe ... ?
Vertikal-Schiebe-Fenster
Bessere Raumdurchspülung und thermische Behaglichkeit durch stufenlos einstellbares Vertiakl-Schiebefenster ....
Regenerative Energieerzeugung
Bodennahe Geothermie als Kälte-/Wärmequelle
- Thermokanäle/Erdregister zur Vorkühlung/Vorwärmung der Zuluft
- Erdsonden/-pfähle oder Rohrregister im Untergrund als Kälte-/Wärmequelle
- Brunnen und Sickerschacht/Schluckbrunnen zur Nutzung des Grundwassers
- .... ?
..... Prof. Königsdorff, Uni Biberach ?
Photovoltaik zur Stromerzeugung
.... ?
Solarkollektoren zur Wärmeerzeugung
... ?
Windkraftanlagen
... ?
Wasserkraftwerke
... ?
Energieeinsparungen durch Adaption
- Steuerung/Regelung bzw. Gebäudeautomation (GA)
Wenn Anlagen geeignet gesteuert/geregelt werden, läßt sich unheimlich viel Energie einsparen .....
Bezug zu Simulationen ?
.... Prof. Becker, FH Biberach ?
