Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Integrale Lösungen für Plusenergiegebäude 2.0 in Stahlleichtbauweise

Ab dem Jahr 2020 soll die Versorgung von Neubauten möglichst weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen, so dass bei der Konzeption und Realisierung zukünftiger Neubauten neben der Senkung des Heizwärmebedarfs auch die Anlagentechnik und Beleuchtung sowie die Nutzung erneuerbarer Energien miteinbezogen werden müssen und eine ganzheitliche Betrachtung, Bewertung und Optimierung hinsichtlich Energiebedarf und Energiebereitstellung notwendig wird. Durch Energiemanagement und -speicherung im Gebäude wird dabei zusätzlich eine weitere Entlastung der Energieversorgungsinfrastruktur angestrebt (Plusenergie 2.0).

Ziel des Projekts ist es, Lösungen für Plusenergiegebäude in Stahlleichtbauweise wissenschaftlich zu untersuchen, zu erproben, zu optimieren und daraus Handlungsempfehlungen für zukunftsfähige Gebäudekonzepte abzuleiten.

Zur Erreichung dieses Ziels werden kombinierte stationäre und instationäre numerische Verfahren eingesetzt, welche sowohl die Optimierung der Gebäudehülle als auch den Einsatz von einzelnen Stahllösungen, wie gebäudeintegrierter PV/Solarthermie, stahlpfahlbasierter Geothermie sowie neuartiger Flächenheiz- und Kühlelemente aus Stahl, anhand konkreter architektonischer Entwürfe ermöglichen. Darauf basierend werden die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffs Stahl in experimentellen Untersuchungen im Labormaßstab und an einem Demonstrationsgebäude praktisch erprobt. Hierzu werden Prototypen entwickelt und deren Leistungsfähigkeit experimentell sowie im Rahmen eines Monitorings erfasst und evaluiert. Schließlich werden die einzelnen Lösungen zu einer optimierten integralen Gesamtlösung weiterentwickelt und das Zusammenwirken im Gesamtgebäudekontext bewertet.

Als Projektergebnis entstehen ganzheitliche Konzepte für Plusenergiegebäude, die allen planenden und ausführenden KMUs zur Verfügung stehen und somit für diese die Möglichkeit schaffen, zukunftsfähige, energetisch optimierte Gebäude in Stahlleichtbauweise zu bauen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde gezeigt, dass Plusenergiegebäude in Stahlleichtbauweise möglich sind. Dafür wurden verschiedene Gebäudekonfigurationen und Dämmstandards anhand eines Mustergebäudes betrachtet. Für die untersuchten Fälle wurden neuartige stahlbasierte Systeme zur Nutzbarmachung erneuerbarer Energien untersucht und anhand verschiedener Gebäudetechnikkonzepte analysiert. Dabei stand nicht nur die Verbesserung einzelner Komponenten im Vordergrund, sondern insbesondere das Zusammenwirken im Gesamtgebäudekontext.

Es wurden Lösungen unter Berücksichtigung architektonischer, konstruktiver, bauphysikalischer, energetischer und gebäudetechnischer Aspekte dargestellt und daraus Handlungsempfehlungen für zukunftsfähige Gebäudekonzepte abgeleitet.

Bei der Gebäudehülle sollte darauf geachtet werden, dass Heiz- und Kühlbedarf nach Möglichkeit im Gleichgewicht sind, damit das geothermisch genutzte Erdreich nicht überhitzt oder unterkühlt und Sondenlängen eingespart werden können.

Für Stahlenergiepfähle mit Koaxialsonden konnten im Rahmen des Projektes gute thermische Leistungen belegt werden. Diese ermöglichen die doppelte Leistung im Vergleich zu den Standard-Doppel-U-Erdsonden.

Die thermisch aktivierten Trapezprofile ermöglichen eine effiziente Temperierung und eignen sich als Ersatz für konventionelle Systeme.

Die untersuchten solarthermisch aktivierten Fassadenpanelle bieten die Möglichkeit Wärme auf niedrigem Temperaturniveau zu gewinnen oder auf hohem Temperaturniveau an die Umgebung abzugeben.

Für das Mustergebäude reicht eine siliziumbasierte PV-Fläche auf dem Dach von ca. 0,55 bis 0,9 m² pro m² Grundfläche, um Plusenergieniveau zu erreichen. Beim Zusammenspiel mit der Batterie ist auf das Stromverbrauchsprofil der Nutzer zu achten. Die Gebäudetechnik scheint hier eine untergeordnete Rolle zu spielen.