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| Sonnenschutz
Vorsatzfassade |
| Quelle:
Colt International Licensing Ltd |
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Sonnenschutzgläser
- Quelle: Flachglas MarkenKreis GmbH
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Intelligentes
Glas - EControl®
- Gebäude mit dimmbarem Glas |
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| E-Control
gedimmt auf Stufe 5 + 9 |
| Quelle:
EControl-Glas GmbH & Co. KG |
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| Lichtkamine |
Quelle: TALIS Tageslichtsysteme
GmbH
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| Quelle:
Gatermann + Schossig mit Köster Lichtplanung |
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| Heliostaten
und Lichtlenksysteme |
Quelle: Colt International
Licensing Ltd
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| Die
Regulierung des Sonneneinfalls in das Gebäude
ist eine der einfachsten, günstigsten und wirkungsvollsten Methoden
der Gebäudekühlung. Durch die Vermeidung oder Verminderung der
direkten Sonneneinstrahlung kann die größte Kühllast begrenzt
werden. Der Sonnenschutz kann durch vorspringende Bauteile,
Dachüberstände, starre und bewegliche Sonnenschutzanlagen,
Sonnenschutzgläser und Sonnenschutzfolien erreicht werden. |
| Bewegliche Sonnenschutzvorrichtungen sind am besten geeignet. Am sinnvollsten sind äußere, steuerbare
Sonnenschutzanlagen, so z. B. Jalousien, Markisen. Sonnenschutzvorrichtungen gibt es in ihrer Anbringung als |
- außen liegenden Sonnenschutz
- in den Fenstern integrierten
Sonnenschutz
- innen liegenden Sonnenschutz
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Richtige Sonnenschutzgläser
haben einen geringen Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert).
Der g-Wert gibt an, wie viel Sonnenenergie über das Glas ins
Gebäudeinnere gelangt. Der g-Wert setzt sich zusammen aus
der Sonnenenergie im Wellenbereich zwischen 300 nm und 2500
nm von der der Anteil der Reflexion und der Anteil der Absorption
der Gläser abgezogen wird. Je größer der Reflexions- und Absorptionsgrad
ist, desto geringer ist die Energie, die in den Innenraum
gelangt.
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| Als einfache
bzw. Notlösung können auch Sonnenschutzfolien
innen oder außen auf das Glas aufgebracht werden. |
| Das Glaslamellen-System
ist eine Vorsatzfassade mit dem Colt-Shadoglass-System.
Dieses System besteht aus horizontal angeordneten beweglichen
Glaslamellen. Die Lamellen bestehen aus transparentem Glas und
einer zweiseitig in Farbe bedruckten Folie. Die Lamellen werden
automatisch in die richtige Position im Verhältnis zum Sonnenstand
gebracht. |
| Die Vorsatzfassade
gewährleistet einen guten Sonnenschutz, Blickschutz
und Schallschutz sowie einen guten Luftaustausch
über die Fassade. |
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| Intelligentes
Glas |
| Mit
EControl® ist der Licht- und Wärmeeintrag
in den Raum individuell steuerbar. Die Verglasung
kann durch die Einfärbung des Glases
je nach Bedarf den im Tages- und Jahresverlauf wechselnden äußeren
Bedingungen angepasst werden. Bei Sonnenschein genügt ein Knopfdruck
und das Glas färbt sich blau ein. So entstehen angenehme Lichtverhältnisse
und Temperaturen.
So müssen im Sommer bei schönstem Wetter keine Jalousien und
Rolläden heruntergelassen und auf außen liegende mechanische
Sonnenschutzsysteme verzichtet werden. |
| Das
Glas arbeitet nach dem "Elektrochromen Prozess".
Dabei wird auf einer physikalischen Beschichtung
mittels Strom eine Farbveränderung ausgelöst.
Für den nur wenige Minuten dauernde Schaltvorgang werden nur
drei Volt bzw. fünf Watt benötigt. So reduziert sich der Sonnenlichteinfall
um bis zu 88 Prozent, aber die freie Sicht nach draußen bleibt
dabei vollständig erhalten. Das schaltbare Glas stabilisiert
das Raumklima und die Blendwirkung der Sonne wird reduziert.
Gleichzeitig wird der Schutz vor den gefährlichen UVA- und UVB-Strahlen
erhöht und die Raumwärme verringert. |
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Eine andere Art von Sonnenschutzgläsern
ist das thermochrome Glas, das sich verfärbt
(farbneutral > anthrazit), wenn sich das
Glas infolge der Sonneneinstrahlung erwärmt
und bei Abkühlung entfärbt es wieder. Thermochrome Gläser
sind Glaslaminate, deren Lichtdurchlässigkeit sich in Abhängigkeit
von der Scheibentemperatur ändert. Verantwortlich dafür sind
spezielle Substanzen, die bei höheren Temperaturen stärker
gefärbt sind. Diese Substanzen sind in der Zwischenlagenfolie
der Verbundgläser enthalten.
Der Vorteil gegenüber der Elektrochromie ist, dass man keine
elektrische Ansteuerung zur Schaltung (keine
Verkabelung, kein Schaltgerät, kein Stromverbrauch) benötigt.
Die Schaltung erfolgt ausschließlich auf Grund der Aufheizung
der Scheiben hervorgerufen durch die absorbierte Sonneneinstrahlung.
Die elektrochromen Gläser färben sich immer blau ein.
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Besonders
in innenliegenden Sanitärräumen, aber auch
in Räumen, die durch Außenbeschattung oder
Büroräume mit großer Raumtiefe kein oder sehr wenig Tageslicht
bekommen, gibt es die sog. "Lichtkamine".
Da konstant gleichbleibendes Licht auf Dauer als unangenehm
empfunden wird, kann durch diese Technik die Beleuchtungsstärke
abhängig vom Sonnenstand und Wetter beeinflusst werden. Dieses
wechselnde Licht gibt den Bewohnern bzw. den im Büro arbeitenden
Personen Informationen über die Lichtsituation im Freien, was
die Leistungsfähigkeit und Kreativität steigert. |
| Die Optimierung
von Tageslichtnutzung und ein Überhitzungsschutz
setzt eine gute Tageslichtplanung voraus. Dies
erfolgt durch eine integrale Analyse von Tageslicht und thermischem
Raumverhalten für den betreffenden Innenraum. Dazu werden ein
Ist-Zustand sowie geeignete Variationen des Raumes in Bezug
auf Tageslicht und Wärmeverhalten untersucht. Das Ziel einer
solchen Untersuchung mit Ausbildung von Variationen ist es,
eine Optimierung der Tageslichtversorgung in Gebäuden zu erreichen.
Es wird eine ausreichende Anzahl von Variationen eines Gebäudeentwurfs
durch den Vergleich unterschiedlicher Maßnahmen auf ihre Wirkung
hin untersucht und bewertet, um anschließend die beste Lösung
(Maßnahme) festzustellen. Dabei wird sinnvollerweise die Vorgehensweise
Fragestellung – Analyse – Lösung eingehalten. |
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Heliostaten
und Lichtlenksysteme sorgen für eine Raumausleuchtung
und Gebäudeausleuchtung mit Tageslicht. Die
Lichteinspiegelung übernehmen Heliostatensysteme. Sie lenken
das Tageslicht gezielt und punktgenau selbst über große Entfernungen.
Richtig eingesetzt bringen sie Sonnenstrahlen selbst in die
unterirdischen Bereiche eines Gebäudes. |
| Heliostatische
Beleuchtung bedeutet, dass durch Präzisionsinstrumente
geführte Beleuchtungsspiegel und ergänzende feste Spiegel Sonnenstrahlen
exakt konzentrieren und an einen gewünschten Ort leiten.
Dieser wunderbare Beleuchtungseffekt des Sonnenlichts wird allein
durch das Spektrum der Sonnenstrahlen erzielt und kann nicht
durch künstliches Licht ersetzt werden. Der Vorteil natürlichen
Sonnenlichts begründet sich auf der Tatsache, dass die menschliche
Physiologie besser an natürliches Licht angepasst ist als an
künstliches. Es ist erwiesen, dass natürliches Licht die Kreativität
steigert und eine angenehme Atmosphäre schafft. |
| Die heliostatische
Belichtung ist nichts Neues. Schon die alten Agypter waren dafür
bekannt, natürliche Lichtquellen geschickt zu nutzen. Mit Hilfe
von Hand geführter Spiegel brachten Sie das Sonnenlicht bis
ins Innere der Pyramiden. Quelle: Colt
International Licensing Ltd |
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Quelle: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung Berlin
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Die Dachbegrünung steht im
unmittelbaren Zusammenhang mit der energetischen Gebäudeoptimierung. Ein zweiter Effekt ist die Erzeugung
von Verdunstungskälte zur Verbesserung des Mikroklimas innerhalb des Gebäudes und
im unmittelbaren Gebäudeumfeld. Es wird zwischen einer Leichtdachbegrünung, Extensivbegrünung und Intensivbegrünung unterschieden.
Gründächer reduzieren neben der Fassadenbegrünung nicht nur die Lufttemperatur in Stadtgebieten und wirken einer Innenstdtaufheizung (Heat Island Effect - Wärmeinseleffekt) entgegen. Ein Gründach reduziert und verzögert auch den Regenwasserabfluss bis zu 90 %. Außerdem vermindert die Biofiltration die Schadstoffbelastung des Abwassers und den CO2-, Feinstaub-, Smog- und Schwermetallanteil in der Luft. Eine Dachbegrünung schafft auch einen Lebensraum für verschiedene Tier- und Pflanzenarten.
Ein besonderer Nebeneffekt ist der Schutz vor mechanischen Beschädigungen, UV-Einstrahlung, extremen Temperaturen und Temperaturschwankungen der Dachabdichtung und verlängert die Lebensdauer eines Dachs. Außerdem wird das Dach gekühlt und die Auflage wirk als Schallschutz.
Bevor eine Dachbegrünung durchgeführt wird,
sind einige technische Voraussetzungen zu überprüfen, damit eine einwandfreies Wachstum sichergestellt ist
und keine Schäden am Bauwerk entstehen. Zur Begrünung muss die Tragfähigkeit des Daches für eine zusätzliche Lastaufnahme (Leichtdachbegrünung 5O - 70 kg/m2, Extensivbegrünung 80 - 170 kg/m2, Intensivbegrünung >300 kg/m2) geeignet sein. Hierzu ist der Statiker oder
Dachdecker zu befragen. Außerdem müssen die Dächer mit wurzelfesten Schutzbahnen erforderlich
ausgestattet werden. Vor der Herstellung des Gründaches muss sichergestellt sein, dass die Dachkonstruktion einwandfrei abgedichtet ist. Hier hat sich das Überstauen der Abdichtung mit Wasser bewährt. Es sollte dabei ein Mindestüberstau von 10 cm und eine Anstaudauer von 72 Stunden
angestrebt werden. Vorhandene Dachabläufe werden in dieser Zeit entweder mit einem kurzen Rohrstück oder
mit einer Verschlusskappe abgedichtet. Bei geneigten Dachflächen kann durch den Einsatz eines Regners eine flächige
Bewässerung zu Prüfzwecken hergestellt werden. |
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Die beiden Grafiken zeigen die Energiebilanz je eines Quadratmeters Bitumendach im Vergleich mit einem Gründach.
Dargestellt ist das gemessene Tagesmittel der Sommermonate von Juni bis August 2000.
Bitte klicken Sie auf die Grafiken für eine vergrößerte Darstellung
Passive Gebäudekühlung - Marco Schmidt - TU Berlin |
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Ökologische und ökonomische Vorteile
• Verbesserung des Klein- bzw. Mikroklimas (Kühlung und Luftbefeuchtung)
• Staub- und Nährstoffbindung aus Luft und Niederschlägen
• Windsogsicherung bei ungenügender Lagesicherheit der Dachabdichtung
• Schutz der Dachabdichtung von Wind- und Witterungseinflüssen (UV-Stahlen, Sturm, Hagel)
• Schutz der Dachabdichtung vor Extrembeanspruchung bei Spitzentemperaturen im Sommer und Winter
• Zusätzlicher Lebensraum für Pflanzen, Tiere und Menschen
• Regenwasserrückhalt (je nach Region und Gründach 30 - 99 % des Jahresniederschlags)
• Verlängerung der Lebensdauer des Daches
• Gute Schalladsorption, aufgrund der Struktur der Vegetation
• Erhöhter Wärme- und Schallschutz
• Senkung der Energiekosten
• Erhöhung des Wirkungsgrades von Photovoltaikanlagen bei der Kombination mit einer Dachbegrünung
• Wertsteigerung des Objektes
• Finanzierungsförderung durch öffentliche Sonderprogramm
PLANUNGSHINWEISE GRÜNDACH - BuGG Bundesverband
GebäudeGrün e. V.
Begrünungsarten: Extensive und intensive Dachbegrünung - Optigrün international AG
Nachträgliche Wärmedämmung von Flachdächern in Warmdach-Bauweise
Ein Warmdach verspricht Wärmeschutz und Heizenergieeinsparung
Dachbegrünung - RWTH Aachen, Prof. Dr.-Ing. H. Lauenstein
Allgemeines zu Dachbegrünungen
Fassaden- und Dachbegrünung
Fassaden- und Dachbegrünung - Ratgeber
Bauen und bewahren - Begrünte Wände - Dieter Wieland |
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Leichtdachbegrünung |
Quelle: Paul Bauder GmbH & Co. KG |
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Leichtdachbegrünung
. |
 ich
arbeite dran
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Leicht-Gründach-System - Paul Bauder GmbH & Co. KG
Dachbegrünung "Leichtdach" - Optigrün international AG
Leichtgewicht und sofort grün: Das Gründach mit System - energie-fachberater.de / marketeam creativ GmbH |
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Extensives
Gründach |
Quelle:
LWG Bayern |
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Extensives Gründach
. |
ich arbeite dran |
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Praxisratgeber - Extensivbegrünung - LWG Bayern
Extensive Dachbegrünung- Planungs- und Ausführungshilfe - Nophadrain BV |
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Intensives Gründach |
Quelle: LWG Bayern |
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Intensives Gründach
. |
ich
arbeite dran |
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Praxisratgeber - Intensivbegrünung - LWG Bayern
Intensive Dachbegrünung- Planungs- und Ausführungshilfe - OBS Objekt-Begrünungs-Systeme GmbH
Intensive Dachbegrünung - Von der reinen Zierde bis zur nutzbaren Gartenfläche - Anondi GmbH - sanier.de |
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Eine Fassadenbegrünung hat zahlreichen Vorteile und Potenziale, stößt aber in der Praxis bei Bauherren häufig auf Ablehnung. Der Grund der Ablehnung beruht aber auf Fehler in Planung, mangelhafter Ausführung und Pflege. Aber auch fehlendes Fachwssen und Vorurteile sind weit verbreitet. Für eine gelungene Förderung von Fassadenbegrünung müssen solche Hinderungsfaktoren bekannt sein und durch gute, fachkompetente Beratung und Planung beseitigt werden.
Eine Fassadenbegrünung reduziert
neben der Dachbegrünung nicht nur die Lufttemperatur in Stadtgebieten und wirkt einer Innenstadtaufheizung (Heat Island Effect -
Wärmeinseleffekt) entgegen.
Außerdem vermindert die Begrünung die Schadstoffbelastung (CO2-, Feinstaub-, Smog-
und Schwermetallanteil) in der Luft. Eine Begrünung schafft auch einen Lebensraum für verschiedene Tier- und Pflanzenarten.Im Sommer soll die Fassade begrünt sein, während das Sonnenlicht im Winter die
Glasfassade ungehindert passieren kann. Ein zweiter Effekt ist die Erzeugung
von Verdunstungskälte zur Verbesserung des Mikroklimas innerhalb des Gebäudes und im unmittelbaren Gebäudeumfeld.
Kletterpflanzen müssen unter extremen Bedingungen in
Pflanzkübeln wachsen können. Hier soll sich der Blauregen (Wisteria sinensis) und Knöterich am besten eignen.
Efeu und Wilder Wein ist wegen der Saugwurzeln an Glasfassaden
nicht geeignet.
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Die Begrünungen von Fassaden und anderen vertikalen Flächen
unterscheidet zwischen zwei unterschiedliche Bauweisen und mehreren Varianten. Bei der boden- und der wandgebundenen Begrünung sind die
Bedürfnisse der Pflanzen (z. B. Besonnung, Wasserbedarf) bei der Pflanzauswahl zu berücksichtigen und aufeinander
abzustimmen.
• Bodengebundene Fassadenbegrünung
Bei der bodengebundenen Fassadenbegrünung wird in zwei Systeme unterschieden.
Für die "Direktbegrünung" braucht es standfeste, rissfreie Fassadenoberflächen (Beton, vollverfugtes Mauerwerk oder
mineralische Putzflächen). Ungeeignet sind Wände mit offenen Fugen, außenliegender Wärmedämmschicht (WDVS), kunststoffvergütete Dispersionsfarben und
Wandbereiche mit Bauteile (z. B. Lüftungsklappen oder Markisen). Für ein optimales Wachstum sind die Bodenbeschaffenheit und die Bewässerung der
Vegetationsfläche zu prüfen.
Bei einem "leitbaren Bewuchs" mit Gerüstkletterpflanzen dienen Sekundärkonstruktionen als Wuchshilfe.
Sie können aus Metall, Holz, GFK (Stäbe, Gitter) bzw. aus Draht- oder Kunstfaserseilen (parallel oder netzförmig) bestehen. Die Konstruktionen dürfen nicht
korrodieren, pflanzenschädlich beschichtet sein oder sich in der Sonne auf über 60 °C erhitzen. Die Dimension, Spannkraft und der Wandabstand der Konstktionen
müssen auf die jeweiligen Eigenarten der Pflanzen abgestimmt sein.
• Wandgebundene Fassadenbegrünung
Bei der wandgebundenen Fassadenbegrünung gibt es drei gängige Bauweisen.
Für die "lineare Bauweise" werden horizontal verlaufende Linear- oder Einzelbehälter an einer tragenden Sekundärkonstruktion
so übereinander angebracht, dass sie die Wuchsgröße der Pflanzenauswahl und den Lichteinfall vor Glasflächen nicht behindern. Die Wasser- und Nährstoffversorgung
verläuft frostsicher bis zur Konstruktion, parallel verläuft eine Entwässerungsleitung.
Die "modulare Bauweise" (z. B.
Vertikalbegrünung) besteht aus vorgefertigten Modulen, mit einer Abmessung von ca. 60 - 100 cm (Quadrate, Rechtecke). So ist das Versetzen auf die
Unterkonstruktion noch von Hand möglich. Zwischen Modulen und Gebäudewand müssen Feuchteabdichtung und/oder Durchlüftungsmöglichkeiten vorhanden sein.
In der Unterkonstruktion oder innerhalb der Module verlaufen die Versorgungs- und Ablaufleitungen.
Bei der "flächigen Bauweise" wird die zu begrünende Wand vollflächig mit einer verrottungsfreien Trägerplatte an der
Sekundärkonstruktion befestigt. Die flachwurzelnden Pflanzen werden in Filztaschen oder Schlitze mit Substrateinlage gepflanzt.
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Fassaden- und Dachbegrünung - Ratgeber
Bauen und bewahren - Begrünte Wände - Dieter Wieland
Gutachten Fassadenbegrünung - TU Darmstadt |
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Vertikalbegrünung |
Das Vertikalbegrünungssystems ist eine vorgehängte, hinterlüftete Fassade,
auf die ein Vlies-Substrat-System aufgebracht ist. Auf Alucobondplatten werden verschiedene Vliese als Vegetationsträger befestigt,
die auch das Substrat aufnehmen. Das Substrat weist eine extrem hohe Wasserspeicherkapazität bei gleichzeitig hohem Luftporenvolumen
auf. Das Substrat hält das ganze System ständig feucht. Die Vliese werden rückgefeuchtet, sodass die Bewässerungszeiten kurz gehalten werden können.
Durch die Verwendung vieler verschiedener Pflanzen (Gehölze, Stauden, Pflanzen der Tropen und Subtropen) bestehen nahezu unbegrenzte
Gestaltungsmöglichkeiten. Es entstehen Pflanzbilder mit vielen Farben und Blüten oder ein zurückhaltendes Grün. Außerdem schützt die
Living Wall Outdoor das Gebäude vor Wettereinflüssen und trägt zur Kühlung des Gebäudes bei. |
Eine individuell gestaltete flächige Vor-Ort-Montage ergibt nach 3 - 6 Monaten eine geschlossene
Pflanzendecke oder speziell angefertigte, vorkultivierte Elemente haben bereits einen dichten Pflanzenbewuchs. Die
Bewässerungstechnik sollte objektbezogen geplant werden. Eine Steuerung für die Düngung sorgt
für ein gesichertes Wachstum. Eine Fernwartung und ein geschlossenes Regenwassernutzungssystem mit entsprechender Sensorik
ist nicht nur eine Empfehlung, sondern eigentlich ein Muss. Die Bepflanzung muss zweimal im Jahr (Herbst und Frühling) gepflegt und die
Bewässerungsanlage einmal jährlich gewartet werden. |
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Vertikalbegrünungssystem Living Wall - Outdoor Wohnhaus |
Quelle: Vertiko GmbH |
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VertikalbegrünungssystemLiving Wall - Outdoor Wohnhaus |
Quelle: Vertiko GmbH |
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Vertikalbegrünungskonzepte - Vertiko GmbH
Komplettlösungen zur Fassadenbegrünung - Vertiko GmbH
So wachsen Bäume doch in den Himmel - IVV - Bettina Brüdgam, freie Journalistin |
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Energiesparende
Geräte
Bei dem Kauf eines neuen Haushaltgerätes
sollte sich der Verbraucher am EU-Label (Energieeffizienzindex)
orientieren, denn dieses zeigt wie energieeffizient ein elektrisches
Gerät ist. Für Kühl- und Gefriergeräte, Waschmaschinen
und Geschirrspüler sollte das neue EU-Label mit der höchsten
Energieeffizienzklasse A+++ verwendet werden.
Das neue Label gilt auch für Fernsehgeräte, dort steht
zunächst die Klasse A für höchste Energieeffizienz.
Für Wäschetrockner, Elektrobacköfen, Raumklimageräte
und Haushaltslampen gilt das Label in seiner bisherigen Form mit
der höchsten Energieeffizienzklasse A.
Der Kühl- und Gefrierschrank, die Waschmaschine und der Wäschetrockner
können für ca. 40 bis 60 % der Stromkosten in privaten
Haushalten verantwortlich sein. Hier kann es sich „lohnen“
alte Geräte gegen moderne, energieeffiziente Modelle auszutauschen,
die dann die Kosten für Strom und Wasser deutlich senken,
was sich auf die Energiebilanz
eines Hauses auswirkt. Außerdem wird dadurch die Kühllast
im Gebäude (wenn ein Raumklimagerät betrieben wird)
gesenkt, was einen geringeren Aufwand bei der Raumkühlung
zur Folge hat.
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| Erdhäuser:
Hausen wie die Hobbits |
Quelle: vetsch
architektur ag
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| Traditionell
verputzen die Südländer ihre Häuser mit weißem Kalk:
Das reflektiert die Sonnenstrahlung und mindert die
Erwärmung. |
Quelle: Sven Ediger Photoblog
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Helle
bzw. weiße Gebäudeanstriche
können die Häuser kühl halten. Dadurch können sie mit
ca. 20 % weniger Energie für die Kühlung auskommen.
Ein gutes Beispiel sind die Gebäude in den südlichen
Ländern. |
| Die
rein passiven Systeme zur Gebäudekühlung können in Wohnhäusern
auch im Hochsommer ein angenehmes Raumklima schaffen.
Gerade für in gemäßigten Klima ist keine Klimaanlage
notwendig, wenn man Kombinationen aus den verschieden
Möglichkeiten der passiven Kühlung nutzt. |
| Gewerblich
genutzten Gebäuden dagegen ist es nicht so
einfach, ein angenehmes Raumklima mit rein passiven
Systemen zu erreichen, da dort noch ein Wärmeeintrag
aus anderen Wärmequellen in die Raumluft stattfindet,
der in Wohngebäuden wenig bis gar nicht vorhanden ist.
so z.B. Maschinen, Computer, Lampen. |
| Erdhäuser |
| Erdhäuser
sind vollständig oder zum Teil
unterirdisch und mit einer Erdschicht bedeckt.
Die Gebäudehülle besteht aus runden Formen und Kuppeln.
Dadurch ergibt sich eine kleinstmögliche Hüllfläche
im Verhältnis zur Grund- und Nutzfläche und es entsteht
ein geringerer Wärmeaustausch gegenüber konventionellen
Häusern. |
| Ein
angenehmes Raumklima besteht über das
ganze Jahr, da die Erdschicht, die das Haus bedeckt,
eine Aufwärmung der Außenhülle
und eine Erwärmung der Innenräume
verhindert. Die Fenster sollten so
angelegt sein, dass der Wärmeeintrag im Sommer
gering und im Winter möglichst
groß ist. |
| Wenn
der Kühleffekt durch diese Bauweise
nicht hoch genug sein, so kann man z. B. die Bodenplatte
mit dem Erdreich thermisch verbinden, um im Sommer die
Wärme an das Erdreich abzugeben. Ein weiterer Vorteil
der Erdhäuser ist, dass im Winter die kleine Hüllfläche
weniger Wärmeenergie von Innen nach Außen abgibt. Die
Erdschicht sorgt nicht nur für Schatten, sondern dient
dem Gebäude auch als zusätzliche Dämmschicht. Zudem
ist auch die thermische Kopplung der erdberührten Bauteile
an das umgebene Erdreich zur Wärmegewinnung nutzbar. |
| Ein
weiterer Vorteil ist die Luftfeuchtigkeit um
die 50 %, ganz im Gegensatz zu den überheizten
winterlichen Räumen in konventionellen Häusern und der
damit zu geringen, relativen Luftfeuchtigkeit. Für ein
optimales, ausgeglichenes Wohnklima sorgt ausserdem
der Lehm-Putz, der auf die Wände aufgetragen
wird. Die Luftdichtheit der Erdhäuser stellt eine ideale
Voraussetzung für eine kontrollierte Komfortlüftung
dar. |
| Über
breite Glassfassaden sind die Räume
ausreichend hell. Bäder und Nebenräume können mit Oblichtkuppeln
oder Lichtkamine
belichtet werden. |
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| Der Begriff
“Free Cooling” hat nichts
mit einer freien Kühlung zu tun. Er wird
für eine Kühlung verwendet, die im Betrieb keinen
oder nur einen geringfügigen Energieaufwand
verursacht. Also geht es hier um kostengünstige Möglichkeiten,
Gebäude (Wohnhäuser, Bürogebäude) oder industrielle
Produktionsanlagen zu kühlen. |
| Die Art
der Kühlung benötigt keine Wärmepumpe (Kältemaschische,
Klimagerät), denn sie nutzt Wasser und Luft aus natürliche
Wärmesenken. |
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Eine
Anlage mit einem Free Cooling
System kann auch mit Kältekompressoren
ausgerüstet werden. Wenn die Außentemperatur
unter 10 °C liegt,
wird automatisch auf Free Cooling umgeschaltet. Die Glykolpumpe
pumpt das abgekühlte Wasserglykol vom Rückkühler durch das
Umlaufsystem direkt in den Speicher, bis das Wasservolumen
11 °C erreicht hat. Dann schaltet die Pumpe automatisch aus.
Je tiefer die Außentemperatur ist, desto schneller wird die
notwendige Kälteleistung erreicht. Der Free Cooling Betrieb
kann ca. 50 - 55 % des Kältebetriebs erreichen. |
| Auch die
Reduktion von Wärmelasten
über passive Systeme kann der freien Kühlung
zugerechnet werden. |
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| Natürliche
Wärmesenken - hybride Systeme |
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| Erdwärmetauscher
- Luft |
Der Erdwärmetauscher
besteht aus Rohren, die nahezu horizontal im frostfreien
Erdreich verlegt werden. Dies ist rund um die Baugrube
oder auch unter offenen Flächen wie dem Garten möglich.
Bei Einfamilienhäusern beträgt die Länge maximal 30
bis 50 Meter. Die Aufenthaltsdauer der Luft im Erdwärmetauscher
ist entscheidend. Der Durchmesser der Rohre beträgt
150-200 Millimeter.
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Der Luftbrunnen ist keine
neue Erfindung. Schon in der Antike wurden solche
Systeme hauptsächlich zur Kühlung von Gebäuden in
den heißen Gegenden eingesetzt. Er sorgt für eine
ökologische Kühlung des Gebäudes mit i.d.R. bis zu
16°C Einströmtemperatur (bei bis zu 30°C Außentemperatur).
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| Grundwasser |
| Betonkernaktivierung,
auch thermische Bauteilaktivierung
genannt, bezeichnet Systeme, die Gebäudemassen zur Temperaturregulierung
nutzen. Diese Systeme werden zur alleinigen oder ergänzenden
Heizung und Kühlung verwendet, indem Rohrleitungen (Kunststoffrohre)
in Massivdecken oder auch in Massivwänden verlegt werden,
durch die Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium fließt. Die
gesamte durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei
als Übertragungs- und Speichermasse thermisch aktiviert. |
| Eine
wichtige Eigenschaft ist, dass die aktivierten Bauteile
über ihre gesamte Fläche je nach Heiz- oder Kühlfall
Wärme aufnehmen oder abgeben. Aufgrund der vergleichsweise
großen Übertragungsfläche können die Systemtemperaturdifferenzen
niedrig gehalten werden, sodass das Medium nicht so
stark erwärmt werden muss wie beispielsweise das Wasser
der Zentralheizung mit Heizkörpern. Aufgrund dieser
geringeren Vorlauftemperaturen können zum Heizen z.B.
Wärmepumpen effizient eingesetzt werden. Zum Kühlen
eignen sich Umweltenergien, wie freie Rückkühlung über
Flächenkollektoren, Grundwasserkühlung oder auch Kaltwassersätze.
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| Adiabatische
Kühlung und adiabatische Befeuchtung |
Quelle: wincool
Klima- und Energietechnik
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| Wasserfliessbett
in einer KWL
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| Quelle:
Fritz Curtius |
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| Adiabate
Abluftkühlung |
| In
den Klimaanlagen kann Regenwasser zur Kühlung des Gebäudes
in den Sommermonaten verwendet werden. Bei der adiabaten
Abluftkühlung wird Wasser in den Abluftstrom des Gebäudes
versprüht und die Zuluft über einen Wärmetauscher vorgekühlt.
Bei der Verwendung von Regenwasser anstelle von Trinkwasser
in den Klimaanlagen wird zugleich Wasser und Abwasser
gespart. Diese Technik ist aber in der Fachwelt umstritten,
weil nur keimfreies Wasser verwendet werden darf und
sollte deswegen nur in den Abluftstrom gesprüht werden,
damit kein Kontakt zur Zuluft besteht. |
| Wirkungsvoller
ist das Einsprühen von Wasseraerosolen oder über einen
Flächenbefeuchter direkt in die Zuluft. Dieser Prozess
der Gebäudeklimatisierung ist derart effektiv, dass
noch bei Außentemperaturen von bis zu 30°C die Zuluft
auf 21–22°C vorgekühlt werden kann, ohne auf technisch
erzeugte Kälte zurückgreifen zu müssen.
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| Verdunstungskühlung
(adiabatische Kühlung) |
Die
meisten indirekten Wärmeeinträge finden
über das Dach statt. Es ist immer sinnvoll, diese Wärme
nicht in ein Haus zu lassen. Auch die beste Außendämmung
verhindert das Eindringen von Wärme nicht, wenn sich
z. B. die Dachfläche stark aufheizt. Der Einsatz einer
Verdunstungskühlung (adiabatische Kühlung)
ist hier eine Alternative zu aufwendigen Kühlsystemen
und kann mit einer natürlichen Nachtlüftung
kombiniert werden. |
| Eine
Dachberieselung ist eine Art der Verdunstungskühlung
auf Flachdächern. Es ist möglich über
Düsen auf dem Dach, das Dach zu berieseln und so mit
Wasser zu bedecken. Die Berieselung findet in der Nacht
statt. Tagsüber kann dieser Wasserfilm verdunsten, wobei
viel Wärmeenergie verbraucht wird, die somit das Gebäude
nicht aufheizen kann. |
| Bei
zirkulierenden Wasserschichten wird
Wasser über die Dachoberfläche geleitet.
Durch die Geschwindigkeit, die durch die Bewegung entsteht,
steigert sich der Verdunstungsprozess und damit auch
die Kühlleistung. Das Wasser wird in Zisternen
gespeichert und zirkuliert von da aus über ein Leitungssystem
auf das Dach und kühlt dieses ab. Das Wasser läuft in
einem „geschlossenen“ Kreislauf über die
Regenrinne zurück in die Zisterne. Auch erwärmte Wasser
kann noch genügend Kühlung erreichen. Der Einsatz eines
Erdkollektors kann das Zisternenwasser
abkühlen bzw. direkte in das Leitungssystem geleitet
werden. |
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Ein
Dachteich ist eine einfachere Lösung
im Gegensatz zu der Berieselung oder zirkulierender
Wasserschichten. Hierbei werden Dachteiche auf Flachdächern
installiert. Diese müssen allerdings während des Tages
beschattet werden, z.B. durch eine bewegliche Dämmung,
um eine Überhitzung zu vermeiden. |
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| Wird
ein Luftstrom in einem raumlufttechnischen Gerät durch
Wasserzerstäubung befeuchtet, kühlt
sich die Luft bis zu 2,5 K ab. Der Zustandsverlauf der
adiabaten Kühlung läßt sich sehr einfach im h-x-Diagramm
nachvollziehen. |
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| Transparente
Wärmedämmung (TWD) |
| In
unserem Klima ist nur die transparente Wärmedämmung (TWD) von
energetischer Bedeutung. Dabei ist die Einstrahlung auf eine
Außenwand eine Form der passiven Sonnenenergienutzung. |
| Eine
Außenwand mit einer transparenten Wärmedämmung (TWD) erreicht
eine positive Energiebilanz. Diese arbeitet nach folgendem Prinzip: |
| Das
Sonnenlicht durchdringt eine Glasscheibe und die transparente
Wärmedämmung und wir an einer dahinter liegenden schwarzen Wand
von kurzwelliger in langwellige Strahlung umgewandelt. Die Wand
erwärmt sich. Diese Wärme gelangt langsam durch die Wand an
deren Innenseite. Die Wandtemperatur steigt über 20 °C und wirkt
wie eine Flächenheizung. Diese „Heizung“ wird durch
Verschattungseinrichtungen geregelt. Vor allem im Sommer ist
eine Verschattung und Hinterlüftung dieser
Konstruktion notwendig und die Südwand wird kühl gehalten. Durch
einen erhöhten Luftwechsel in den Nachtstunden (Nachtkühlung)
kann die Masse der TWD-Wand tagsüber zur passiven Raumlufttemperaturkühlung
in den Sommermonaten verwendet werden. |
| Die
Systeme zur transparenten Wärmedämmung haben sich in Großprojekten
bewährt, ist aber wegen der relativ hohen Investititionskosten
(vor allem bedingt durch die erforderliche Verschattungseinrichtung)
nicht sehr verbreitet. Entwicklungen dieser Bauelemente zur
passiven Sonnenenergienutzung haben vor allem die Reduzierung
der Kosten zum Ziel, so durch die Verwendung günstiger Materialien
(Wabenstrukturen aus Pappe, Abdeckung durch transparente Kunststoffe)
oder andere Ansätze wie die Anreicherung von Putzen durch transparente
Zusätze, so genannte Aerogele. |
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Grundstruktur solarer Klimatisierung
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Quelle: Solarserver.de
/ Fraunhofer ISE
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Funktionsprinzip Solare Kühlung
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| Quelle:
Solution |
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| "Überschüssige“
Sonnenenergie kann zur Kühlung
von Gebäuden oder Geräten besonders in der heißen Tageszeit
genutzt werden. Die Solare Kühlung spart Strom und hat
im Gegensatz der solaren Heizung keine Speicherprobleme:
Der Kühlbedarf steigt und fällt im Verhältnis mit dem
Angebot an Sonnenenergie. |
| Bei
der solaren Kühlung werden je nach Anwendung verschiedene
Verfahren eingesetzt. Kühlschränke können nach dem Prinzip
der Wärmepumpe oder nach thermoelektrischen Verfahren
betrieben werden. Gebäude und Räume werden gekühlt,
indem man der warmen Raumluft durch Adsorption an geeigneten
Materialien Wasser entzieht und sie damit kühlt (Verdunstungskälte).
Damit die Adsorptionsmaterialien wieder Feuchtigkeit
aufnehmen können, werden sie durch Wärme getrocknet,
die der Sonnenkollektor liefert. Der gleiche Sonnenkollektor
kann also im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Heizungsunterstützung
eingesetzt werden. |
| Die
solare Kühlung wird auch zunehmend in Mitteleuropa eingesetzt.
Ein besonderer Einsatzbereich ist die "passive Gebäudekühlung".
In tropischen und subtropischen Gegenden wird die solare
Klimatisierung schon länger eingesetzt. |
| Unter
dem Motto "Helfen statt Haben" engagieren sich Schüler
und Lehrer der Staatlichen Berufsschule Altötting seit
Ende der siebziger Jahre in verschiedenen erfolgreichen
Entwicklungshilfeprojekten, so entwickelten sie einen Sorptions-Kühlschrank. |
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Natürliche
und mechanische Nachtlüftung |
Das
Klima in Mittel- und Nordeuropa
(einige Regionen ausgenommen) bietet gute Voraussetzungen
für die passive Kühlung mit
natürlicher und mechanischer Lüftung, weil auch
während der heißesten Sommertage die Nächte
unter 20°C abkühlen. Auch der Einsatz eines
Erdwärmetauschers
oder ein Luftbrunnen
kann die Außentemperatur absenken. Mit diesen
Temperaturen können bei richtigen Rahmenbedingungen
die Wärmelasten des Tages abgeführt werden. |
| Die
wichtigsten Rahmenbedingungen
sind: |
- Begrenzung
der Wärmelasten - Kühllasten (Summe aus
internen und externen Lasten)
- Speichermasse
im Gebäudeinneren
- Ein
auf die Nachtlüftung abgestimmtes Lüftungskonzept
|
Da
bei diesem Lüftungskonzept
die Wärme überwiegend nur nachts abgeführt werden
kann, muss vor allem die Überwärmung
der Räume tagsüber vermieden werden. Dazu ist
die Reduktion der Wärmelasten auf ein möglichst
geringen Wert eine wichtige Voraussetzung (passive
Gebäudekühlung). Ergibt die Summe aus internen
und externen Lasten max. 150 Wh/m²d,
so kann man davon ausgehen, dass diese Lasten
durch eine Nachtlüftung abgeführt
werden können. |
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Windtürme |
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Windtürme
in Dubai |
Quelle:
Holger Quast |
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| Windfänger
(Badgir) |
| Quelle:
Irene Kohlberger |
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Windtürme
sind ein Wahrzeichen der klassischen Architektur
in der Region des Persischen Golfes und des Mittelmeerraumes.
Sie reichen von 2 m über dem Erdgeschoß
bis in eine Höhe von 15 m. An heißen
Tagen wird der kühle Seewind
durch Leitvorrichtungen an der Oberseite des Turmes
durch die Öffnungen in den schattigen Innenraum
des Turmes geleitet. Die kühle Luft sinkt
aufgrund höherer Dichte ab. So strömt
die kühle Luft in die Wohnräume und
verdrängt die vorhandene warme Innenluft
über den von der Windseite abgewandten Schacht
des Turmes sowie über die Fenster und die
Türen.
In der Nacht und bei Windstille
funktioniert der Windturm wie ein Kamin
über den Dichteunterschied
der warmen und kalten
Luft. Die Hitze, die während der
Tageszeit in den dicken Wänden des Turmes
gespeichert wurde, erwärmt die Luft in den
Innenräumen. Diese wird dadurch leichter,
steigt im Turm hoch und zieht frische Luft durch
Fenster und Türen des Gebäudes nach.
Bei Wind ändert sich die Strömungsrichtung
der Luft. Da die Mauern des Turmes warm sind,
ist die Nachtluft aus dem Windturm weniger stark
gekühlt als die Tagesluft. Viele Bauten im
Iran zeigen, dass die Kühlwirkung des Windturmes
durch Einbeziehen des Prinzips
der Wasserverdunstung (adiabatische
Kühlung) noch verbessert werden.
Vielfach wird dabei die Luft aus dem Windturm
durch einen feuchten Keller oder über wassergefüllte
poröse Tankzüge geleitet. Durch die
Verdunstung wird der Umgebung Wärme entzogen.
Die kühle angefeuchtete Luft bedeutet eine
zusätzliche Annehmlichkeit dieser wirkungsvollen
sonnen- und windbetriebenen Klimaanlage.
Die Windtürme vieler Gebäude in Dubai
am Persischen Golf sind zweiseitig geöffnet,
um am Tag den kühlen Seewind und nachts den
wärmeren Landwind in die darunterliegenden
Wohnräume leiten zu können. In Heyderabad,
Indien, sind die Windturmöffnungen nur nach
Südosten orientiert, um den über das
ganze Jahr wehenden, vom Meer kommenden kühlen
und feuchten Südostpassat einfangen zu können.
Bei der natürlichen Lüftung werden
Lüftungsöffnungen und Druckdifferenzen zwischen
innen und außen benötigt. Eine Thermik über mehrere
Geschosse (z. B. Treppenhaus, Wohngalerie) kann
hilfreich sein. Der thermische Auftrieb wird nur
dann wirksam, wenn die Raumluft wärmer ist als
die Außenluft bzw. eine Druckdifferenz durch den
Windanfall erzeugt wird. Es können Luftwechselraten
von über 10 h-1 erreicht werden. Der
große Vorteil bei der natürlichen Lüftung liegt
im ausreichender Luftaustausch bei geringen Betriebskosten.
Natürlich müssen die Lüftungsöffnungen am Tage
geschlossen sein.
Der
Windturm
(Malqaf) ist ein massiv gebauter
Turm bzw. Erhöhung auf einem Gebäude
mit dem die Temperaturdifferenz zwischen der nächtlichen
kalten Außenluft und der warmen Innenluft
genutzt wird. Der Kamineffekt sorgt auch ohne
Wind für einen Luftaustausch durch Fensteröffnungen
und die Öffnungen im Windturm. Die Masse
des Gebäudes (Wände, Decken, Fußboden)
werden abgekühlt.
Der Windfänger
(Badgir) ist ein massiv gebauter
Turm, der über das Dach hinausreicht. Er
hat in der Regel vier senkrechte Lüftungskanäle,
die oben in alle vier Himmelsrichtungen
offen sind. Je nach dem Windanfall wird der jeweilige
Kanal durch Lüftungsklappen geöffnet
und kalte (Nacht-)Luft wird in
das Gebäude transportiert. Der Staudruck
auf der der Windrichtung zugewandten Seite (Luv)
drückt die kalte Luft in das Gebäude.
Liegt der statische Druck in der strömenden
Luft unter dem natürlichen Luftdruck, kann
die unter natürlichem Luftdruck stehende
Raumluft auf der Windschattenseite (Lee) abgeführt
werden.
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| "Qa'a"
Empfangshalle in einem Haus mit einem
Windturm (Malqaf) und Windfänger
(Badgir) |
| Quelle:
lrz-muenchen.de |
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Der
"Qa’a" ist ein
zentraler Raum im Obergeschoss, der dem Gästeempfang
dient. Traditionell setzt er sich aus drei ineinander
übergehenden Räumen zusammen: Einem geschlossenen,
höher gelegenen Nischen, den Iwanen. Dieses Raumsystem
bildet einen geschlossenen Kreislauf für die zirkulierende
Luft, die im Innenhof durch den Springbrunnen
weiter abgekühlt wird. Die heißer werdende Luft
steigt in einem hohen Turm, dem „Shuksheika“,
auf und kann dort über Lüftungsklappen, den „Mashrabiya“,
austreten. Im Winter können die Öffnungen geschlossen
werden, um die warme Luft im Innenbereich zu halten.
Quelle: ARCHITEKT HASSAN FATHY - lrz-muenchen.de
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Ein Qanat
kann in Verbindung mit einem Windturm (Malqaf)
oder Windfänger (Badgir) in den heißen
Regionen (persischer, arabischer und Mittelmeerraum) zur Kühlung
(Free Cooling) von Gebäuden eingesetzt werden.
Durch die Einbindung eines Qanats
in das Lüftungssystem kann die Kühlleistung
zusätzlich erhöht und auch am Tage
wirksam werden. Die Außenluft wird
über einen Lüftungsschacht des
Qanats dem Qanatkanal zugeführt und von dort über
einen Kanal in das Gebäude transportiert. Hier wird die
Verdunstungskühlung
(adiabatische
Kühlung) wirksam, die im Qanat durch
das Vorbeistreichen der Luft an der Wasseroberfläche
stattfindet. Außerdem kühlt die Luft auch an den
kalten Qanatwänden ab. |
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| Luftqualitätssteuerung
- Fensterlüftung |
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| Quelle:
VELUX Deutschland GmbH |
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Auch
ohne eine mechanische Lüftungsanlage
ist ein regelmäßiger automatischer
Luftaustausch in Wohn-,
Geschäfts- und Gewerbebereichen
durch die Sensorkombination
von Luftfeuchte-
und VOC-Sensor
in Verbindung mit VELUX Elektro-
und Solarfenstern (Automatikfenster)
möglich. Die MSR
Luftqualitätssteuerung
(Luftqualitätsregler) steuert
die Fensteröffnung bedarfsgerecht. |
| Ein
Sensor misst
die Luftfeuchtigkeit
und ein zweiter Sensor misst
die Schadstoffkonzentration,
die sogenannten VOCs
(Volatile Organic Compounds),
die flüchtigen organischen Verbindungen
in der Luft, in Wohnräumen.
Wenn die Grenzwerte
überschritten sind, werden die
Fenster kabellos per
Funk geöffnet. So können
Schadstoffe oder feuchte Luft
gegen trockene, frische Luft
ausgetauscht werden. Dabei ist
die Lüftungsempfindlichkeit
individuell einstellbar. Ein
Regensensor
am Fenster verhindert, dass
sich diese bei Niederschlag
öffnen und ein zusätzlich integrierter
Temperatursensor
schließt die Fenster, wenn die
Raumtemperatur unter 16 °C fällt. |
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| Korrelation
CO2 - VOC (Aufzeichnung
während einer Besprechung) |
| Quelle:
MSR-Electronic-GmbH |
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| VOC-Sensor |
| Beim
dem Metalloxid Halbleiter Sensor
wird die elektrische Leitfähigkeit
des nanokristallinen Metalloxids
gemessen, welches auf einen
beheizbaren Substrat aufgebracht
ist. Die typische Betriebstemperatur
liegt bei 300 - 400 °C. Die
Dotierung des Metalloxids mit
Edelmetallen bewirkt eine positive
Empfindlichkeit gegenüber brennbaren
Gasen wie VOCs, Kohlenmonoxid
und Erdgas. Die Dotierung erlaubt
die Anpassung an die Bedürfnisse
der Messaufgabe. VOCs werden
an der Sensoroberfläche teilweise
oder vollständig durch den Sauerstoff
des Metalloxids verbrannt. Die
bei diesem Prozess im Halbleiter
freigesetzten Elektronen führen
zu einer Erhöhung der elektrischen
Leitfähigkeit. Nach dem Ende
des Verbrennungsprozesses kehrt
das Metalloxid durch den Einbau
von Luftsauerstoff in seinen
Ausgangszustand zurück, wobei
die Leitfähigkeit wieder den
Ausgangswert annimmt. Die Änderung
der der Leitfähigkeit wird über
den integrierten Microcontroller
ausgewertet und als Standard
Signal ausgegeben. |
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| Typische
Raumluftverschmutzer (VOCs und andere) |
| Quelle:
MSR-Electronic-GmbH |
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| Quelle:
VELUX Deutschland GmbH |
|
Auch
ohne eine kontrollierte Wohnungslüftungsanlage
ist ein regelmäßiger automatischer
Luftaustausch durch
die Sensorkombination
von Luftfeuchte-
und VOC-Sensor
in Verbindung mit VELUX Elektro-
und Solarfenstern möglich. Die
MSR
Luftqualitätssteuerung
steuert die Fensteröffnung bedarfsgerecht. |
| Ein
Sensor misst
die Luftfeuchtigkeit
und ein zweiter Sensor misst
die Schadstoffkonzentration,
die sogenannten VOCs,
die flüchtigen organischen Verbindungen
in der Luft, in Wohnräumen.
Wenn die Grenzwerte
überschritten sind, werden die
Fenster kabellos per
Funk geöffnet. So können
Schadstoffe oder feuchte Luft
gegen trockene, frische Luft
ausgetauscht werden. Dabei ist
die Lüftungsempfindlichkeit
individuell einstellbar. Ein
Regensensor
am Fenster verhindert, dass
sich diese bei Niederschlag
öffnen und ein zusätzlich integrierter
Temperatursensor
schließt die Fenster, wenn die
Raumtemperatur unter 16 °C fällt. |
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PCM
(phase change material) |
Phasenwechselmaterialien
(Latentwärmematerial)
können zur Wärme- und Kältespeicherung
und zur Begrenzung von Temperaturspitzen
(Überhitzungsschutz) eingesetzt werden. Durch
die Nutzung des Phasenwechsels (fest-flüssig
oder flüssig-fest) verfügt das Material über ein hohes
Speichervolumen, da die Wärmekapazität
um ein vielfaches höher ist als herkömmliche
Materialien bzw. Medien. |
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| Wärmekapazität
verschiedener Materialien |
| Quelle:
Rubitherm
Technologies GmbH |
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| Die
PCM's werden aus Salzen
(z.B. Glaubersalz, Natriumacetat) oder organischen
Verbindungen (z.B. Paraffine, Fettsäuren)
hergestellt. |
| Die
thermische Energie kann bei
einer festgelegten Temperatur zeitversetzt
entnommen werden. Dadurch ergeben
sich viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten: |
- Speicher zur
Raumklimatisierung
- Speicher zur
Spitzenlastverringerung
- Pufferspeicher
für Solar-, Festbrennstoff- und Wärmepumpentechnik
bzw. Heizungstechnik
- Fassadendämmung
- Luftkollektoren
- Verpackungen
(Menütransporte)
- Speicher für
medizinische Anwendungen - Transportkühlung
- in der Kleidung
zur Pufferung der Körpertemperatur
- Temperaturpufferung
an elektrischen Bauteilen
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| Abpufferung
der Raumtemperaturspitzen |
| Quelle:
ZAE Bayern |
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| Der
Vorteil des PCM's liegt in
der Nutzung der latenten
Wärme während des Phasenwechsels.
Aber es wird auch sensible
(fühlbare) Wärme gespeichert.
Hier liegt auch der Grund, dass sie in unterschiedlichen
Baumaterialien (Gipsplatten
und -putze, Porenbetonsteine, Kühldeckenelemente,
Estriche, Holzwerkstoffe, Spachtelmassen)
eingesetzt werden. Auch in Glasscheiben
kann das Material eingebracht werden. |
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| Das Micronal®
PCM ist ein Phasenwechselmaterial,
das bei einer Raumtemperatur bei 21 °C, 23 °C oder 26 °C einen
Phasenwechsel von fest nach flüssig vollzieht. Dabei werden
sehr große Mengen an Wärme gespeichert. Das Material enthält
im Kern der Mikrokapsel (ca. 5 µm) ein Latentwärmespeichermaterial
aus einer speziellen Wachsmischung. Diese nimmt
bei einem Temperatur-anstieg über eine festgelegte Temperaturschwelle
(21 °C, 23 °C oder 26 °C) die überschüssige Wärmeenergie der
Raumluft auf und speichert diese im Phasenwandel. Wenn die Temperatur
unter die Temperaturschwelle absinkt gibt die Kapsel diese gespeicherte
Wärmeenergie wieder ab. |
| |
30
kg Micronal® PCM bieten etwa 1
kWh Speicherleistung. |
- 26
°C für den sommerlichen Überhitzungsschutz
(z.B. in Dachgeschossen oder für die passive
Anwendung in warmen Regionen)
- 23
°C für die Stabilisierung
der Raumtemperatur im Komfortbereich,
dadurch häufige Nutzung des PCM-Effektes.
Wichtigstes Produkt für aktive und passive
Anwendungsfälle.
- 21
°C für die Nutzung in Flächenkühlsystemen
|
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|
| Die Beladung
des Speichers findet eigenaktiv
statt. Die Entladung des Speichermaterials
kann durch die natürliche Luftbewegung, durch
eine mechanische Lüftung oder durch regenerative
oder konventionelle Kühlkonzepte
erfolgen. |
| |
Das
Micronal® PCM kann in unterschiedlicher Form
in die Baustoffe integriert werden. Die Mikrokapseln
(BASF Micronal® PCMDispersionen) können in
flüssiger
Form in Wasser dispergiert
oder in pulverförmiger
Form in Baustoffen (trockene
Fertigmischungen z. B. Gips- oder Zementmörtel)
gemischt werden. |
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| Wirkungsweise |
Anwendung
als Putz |
| Quelle:
BASF SE |
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| Beispiel 1 |
| Das regenerative
Kühlkonzept mit Kühldecken des Gebäudes basiert auf
der regenerativen Kühlung durch Erdwärmesonden,
deren Kühlwasser im Kreis durch die Kühldeckensegel gepumpt
wird. Die Regeneration des PCM erfolgt somit durch Wasser als
Energietransportmedium und ist unabhängig von den nächtlichen
Temperaturen. Die Gebäudemasse wird durch Nachtauskühlung
mit automatischen Fensteröffnungen zusätzlich entladen. |
| |
| Regeneratives
Kühlkonzept mit Kühldecken |
| Quelle:
Dipl.-Ing. (FH) Marco Schmidt, BASF SE |
|
| Tagsüber
erfolgt die Kühlung
des Gebäudes durch stille
Kühlung über die Kühlsegel.
Das PCM darin stellt im Bedarfsfall
(bei unzureichender “just-in-time”
Kühlleistung) weitere Kühlreserven
zur Verfügung und dämpft die Spitzenlast
ab. Die Lüftungsanlage ist im Sommerfall
nur für den hygienischen
Luftwechsel zuständig
und übernimmt im Winterfall
die Luftführung für die Wärmerückgewinnung.
Die Fußbodenheizung
wird betrieben mit Abwärme
aus der Produktionshalle, welche
sich an das Gebäude anschließt.
Alle konventionellen Kühlaggregate
konnten entfernt werden.
Quelle: BASF
SE |
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| Beispiel
2 |
| Micronal®
PCM stellt die Grundlage für viele intelligente
und energieeffizient Systemlösungen dar. Ein Beispiel
sind die fertig integrierten Kühldeckenelemente
der Firma Ilkazell aus Zwickau. Abgeleitet aus der Sandwichtechnologie
(Metalloberfläche / PURHartschaum-Dämmung / Metalloberfläche)
wurden hocheffiziente Kühldeckensegel entwickelt, die
im einfachen Plug-and-Play an bestehende Wasser-Kühlkreisläufe
angeschlossen werden können. Dabei wurde eine Metalloberfläche
durch eine PCM Gipsbauplatte ersetzt.
Kapillarrohrmatten befinden sich auf der Rückseite der
zum Raum hin orientierten PCM Schicht. Somit wird Wasser
als Wärmeträger verwendet. Man wird hierdurch unabhängig
von Lufttemperaturen und die Entladeleistung steigt
erheblich. Über Strahlungsaustausch
mit dem darunter befindlichen Raum wird überschüssige
Wärme entzogen – bei höchstem Komfort.
Die Kombination mit PCM in der Decke eröffnet die Möglichkeit
auf regenerative Kälte zurückzugreifen, die nicht immer
dann zur Verfügung steht, wenn die Kühlung gerade gebraucht
wird. Die zeitliche Entkopplung von Wärmeanfall und
Wärmebehandlung wird dabei vom PCM geleistet. |
| |
| Kühldeckenelement
mit PCM-Gipsbauplatte |
| |
| Frei
hängende Kühldecken-Segel / Wärmebild
der aktiven Kühldecke |
| Quelle:
Ilkazell Isoliertechnik GmbH |
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| Die
Kühlelemente sind relativ
leicht und können sowohl im Neubau als
auch in der Sanierung eingesetzt werden.
Dort können sie u. U. eine Betonkernaktivierung
ersetzen. Sie können deckenintegriert
oder frei hängend montiert werden. |
| Die
IR-Thermografie zeigt
die Funktion der Kühlflächen.
Ca. 50 W/m² werden dem Raum entzogen.
Dies ist ausreichend für die üblichen
Lastfälle in Büroanwendung. Gerade wenn
man in Betracht zieht, dass Energieeffizienz
auch Reduktion von thermischen Lasten
mit ins Konzept einschließen muss, sind
bisher übliche 70 W/m² - und mehr -
nicht mehr zeitgemäß. Der Anteil an
PCM in den raumseitigen PCM-Gipsbauplatten
reicht theoretisch für 2 Stunden Volllast
ohne Kühlungsunterstützung. Liegt nur
eine Teillast an, reicht die Wärmespeicherkapazität
der Kühldecke entsprechend länger. Damit
sind die Ilkazell-Kühldeckenelemente
herkömmlichen Metallkühldecken ohne
Speicherfähigkeit deutlich überlegen
– denn diese müssen immer “just-in-time”
kühlen. Selbst eine Art "Notlaufeigenschaft"
im Leichtbau lässt sich realisieren. |
| |
|
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| An
vielen Tagen im Jahr kann die Kühlung damit komplett
entfallen, da das PCM die anfallende Wärme aufnimmt
und in die Nacht verschiebt. Die nächtliche
automatische Fensteröffnung sorgt dann
für eine Entladung des PCM und des
restlichen Gebäudekörpers. Jede kWh, die nicht mit Kühleinrichtungen
behandelt werden muss, ist reale Einsparung und CO2-Reduktion.
Im diesem Fall resultiert ein "vollklimatisiertes" Bürogebäude
mit einem Primärenergieverbrauch von nur 54 kWh/m²a.
Ein klarer Beweis, dass sich integrierte Konzepte schlussendlich
rechnen. Quelle:
BASF SE |
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| Der
PCM-Porenbeton
Dämmleistung und Masse |
| Quelle:
BASF SE |
|
Höchste Wärmespeicherkapazität
im Porenbeton: Durch den
Einsatz eines latenten Wärmespeichers
wird mit gleichen Wandstärken doppelte Wärmespeicherkapazität
erreicht. Im realen Anwendungsfall wird darum
eine gleich bleibendere Oberflächentemperatur
erreicht, als es mit einem auf die Spitze
getriebenen Lambda-Wert alleine möglich wäre.
Außerdem steigt das Energieniveau der Wand,
was auch zu erheblichen Einsparungen an Heizenergie
führt. Dies wurde u. a. mit der dynamischen
Gebäudesimulation "PCMexpress“ nachgewiesen.
Quelle: BASF SE
Wassergestützte
Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen
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| National
Gypsum ThermalCORE mit Micronal PCM
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| Quelle:
BASF SE / National Gypsum |
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| National
Gypsum ThermalCORE
mit Micronal PCM
absorbiert und speichert die Wärme
während des Tages und kühlt dadurch
den Raum und gibt die Wärme in den
kühleren Abendstunden bei absinkender
Temperatur wieder ab. |
| Die
Platten werden wie normale Gipskartonplatten
verarbeitet und montiert und sorgen
für eine zusätzliche thermische
Masse, die in der Regel in
herkömmlichem Leichtbau nicht vorhanden
ist. Die Paneele erfordern eine Spachtelung
und Dekoration ähnlich der Standard-Gipskartonplatten.
|
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PCM
zur passiven Klimatisierung
Dieses PCM funktioniert wie
ein Wärmespeicher. Das Speichermaterial
besteht aus Salzhydrate,
die im Gegensatz zu Paraffinen nicht
brennbar sind. Sie sind somit ideal
für den Einsatz in Gebäuden mit höheren vorbeugenden
Brandschutzanforderungen.
Wenn dem Material (Deckenpaneele)
Wärme zugeführt wird, ändert sich bei Erreichen
der Schmelztemperatur der Aggregatzustand
von fest zu flüssig. Im umgekehrten Phasenwechsel
wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben.
So lassen sich Temperaturschwankungen
glätten und Wärmespitzen
verhindern, ohne dass Energie zum
Kühlen eingesetzt werden muss.
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| DELTA®-COOL
Board |
| Quelle:
Dörken GmbH & Co. KG |
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| PCM Warmluftspeicher |
| Zunehmend
werde Energiespeicher (Latentspeicher) aus
PCM Materialien hergestellt. In diesem wird
die thermische Energie verborgen, verlustarm
und mit vielen Wiederhohlzyklen über lange Zeit gespeichert. |
| |
| PCM
Materialien haben festgelegte Temperaturgrenze
an denen Sie schmelzen. Die Nutzung
eines Phasenübergangs ist für
die Energiespeicherung dabei
wesentlich effektiver als das bloße Erwärmen
eines Mediums. Die Zustandsänderung der Speichermaterials
für die Energiespeicherung sollte im Bereich
zwischen 25 - 35 °C liegen. |
Der Speicher
wird im Wohnraum (beheizte
Gebäudehülle) betrieben, um unnötige Wärmeverluste
so gering wie möglich zu halten. Wenn wir
uns nun unsere Wohnraumtemperatur ansehen,
liegt diese zwischen 18 und 22 °C. Wenn der
Speicher entladen wird, kühlt das geschmolzene
PCM ab und gibt die Wärme an die durch den
Speicher strömende Luft ab. Hierzu ist eine
Temperaturdifferenz von einigen Grad (Kelvin)
erforderlich. Wenn nun die Wohnraumtemperatur
auf ca. 17 °C absinkt, so soll diese abgekühlte
Raumluft automatisch durch den Speicher transportiert
und wieder auf ca. 22 °C erwärmt werden.
|
| Hierbei
behält der Speicher solange seine Temperatur
von z. B. 27 °C (gewählte Schmelztemperatur
des PCM Materials) bis alle gespeicherte Energie
an die Luft abgegeben das PCM wieder vollständig
erstarrt ist – der Speicher ist entladen.
|
| Eine
elektronische Regelung sorgt
dafür, dass der Speicherlüfter erst dann seinen
Betrieb startet, wenn die Raumtemperatur unter
eine voreingestellte Temperaturgrenze sinkt.
Zur Ladezyklenoptimierung werden
leise und leistungsfähige Walzenlüfter und eine
elektronische Steuerung aus dem Solarbereich
verbaut. |
| Bei
diesen geringen Wärmeunterschieden von 5 - 7
K spielt auch die Eigenabkühlung des PCM keine
wesentliche Rolle, zumal die Energie nicht verloren
geht, sondern auch zur Raumerwärmung mit beiträgt.
Die Eigenabkühlung ist aber so gering, dass
am nächsten Morgen der Speicher noch immer eine
Kapazität von ca. 80% hat, wenn die gespeicherte
Wärme nicht abgerufen wurde. Quelle:
Trubadu.de |
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Die passive
solare Architektur ist nicht neu, sie wird in allen
Teilen der Erde schon seit Jahrtausenden angewandt.
Ein Beispiel mag das antike Griechenland vor rund 2.500 Jahren
geben, das damals ebenfalls in einer Energiekrise steckte. Als
Lösung für das Problem des immer knapper und teurer werdende
Brennholzes wurde die verglaste Südfläche mit weitüberstehendem
Vorbau entwickelt. Sokrates beschrieb dies so: "In Häuser, die
nach Süden blicken, dringt die Sonne im Winter durch die Vorhalle
bis in die Wohnräume vor und wärmt sie. Im Sommer jedoch hält
das Dach der Vorhalle die Sonne ab und spendet kühlenden Schatten."
mehr > hier
ein paar Beispiele Quelle: Buch der
Synergie - Achmed A. W. Khammas |
| Ein Beispiel ist das Plusenergiehaus "Heliotrop" |
| |
| Heliotrop® |
| |
| Holzkonstruktion
des Heliotrop |
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| Drehkranz |
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| Heliotrop-Solarpanel |
| Quelle:
Rolf
Disch |
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| Plusenergiehaus "Heliotrop" |
| Das
Hauskonzept entspricht dem Prinzip der
Sonnenblume. Diese Blume dreht ihre
Blütenköpfe und Blätter nach dem Sonnenstand
von Osten nach Westen. Die Frucht bleibt in
der Oststellung stehen. |
| Dem
drehbaren Solarhaus Heliotrop®
liegt die Idee zugrunde ein Gebäude zu konstruieren,
das höchsten Ansprüchen an Architektur und Umweltschutz
genügt und dennoch ohne lästige Einschränkungen
seinen Bewohnern exklusiven Wohnkomfort bietet. |
| Das
Heliotrop® ist nicht nur ein architektonisch
außergewöhnliches Wohn- und Geschäftshaus, es
repräsentiert vielmehr ein Konzept, das in jeder
Hinsicht so ressourcenschonend wie möglich vorgeht.
Erstmals wurde der zukunftsweisende Plusenergiehausstandard
zu einem einzigartigen Wohnerlebnis komponiert. |
| . |
| Das
Grundgerüst des Hauses, das
aus Fichten-Brettschichtholz
besteht, windet sich in einer Höhe von
6 m zylinderförmig um eine 14 m hohe, tragende
Zentralsäule, in der die Elektrostationen untergebracht
sind. Die Räume sind über eine Wendeltreppe
an der Zentralsäule zu erreichen. |
| Die
Wohn- und Arbeitsräume sind umlaufend, ansteigend
in einer 18-eckigen Spiralkonzeption angeordnet
und sind so alle miteinander verbunden. Die
optimale Ausrichtung nach dem
Sonnenstand wird durch einen Drehkranz mit Schwenklager
und einem Elektromotor möglich. Eine passive
Kühlung kann bei Bedarf durch das Drehen
der großen Glasflächen des Hauses aus der Sonne
erfolgen. |
| Auf
der zentralen Säule ist über der Dachterrasse
ein zweiachsig nachgeführtes Fotovoltaik-Solarkraftwerk
angebracht, das fünf bis sechsmal soviel Strom
erzeugt, als im Haus selbst verbraucht wird.
Dadurch wird es zu einem Plusenergiehaus.
Durch die Konstruktion des Hauses wird das Haus
durch die Sonne, Vakuumröhren-Kollektoren
und einem Erdwärmeaustauscher
beheizt und Trinkwasser erwärmt. Hierzu kann
auch ein Pufferspeicher eingesetzt werden. |
| Dass
in diesem Haus auch die Abfälle und Fäkalien
kompostiert und das Abwasser durch eine Teichklärung
wiederverwendet werden, ist wohl auch eine Selbstverständlichkeit. |
| . |
| |
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|
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