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Photovoltaik in der Gebäudehülle. Wertung bautechnischer Anforderungen

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Solarstromerzeugung mit Photovoltaikmodulen entwickelt sich zu einer wesentlichen Säule der Energieversorgung. Dabei kann die Integration der Module in die Gebäudehülle die Nachhaltigkeit der Systeme verbessern und neue Anwendungen in der Architektur erschließen. Die Arbeit untersucht die bautechnischen Anforderungen, die sich bei der gebäudeintegrierten Verwendung von Photovoltaikmodulen im Hinblick auf die Sicherheit von Bauteilen aus Glas ergeben. Diese Anforderungen betreffen die materielle Zusammensetzung als Bauprodukt, die Konstruktionsweise und die zu erbringenden Nachweise. Die alleinige Produktqualifizierung nach der elektrotechnischen Normung und die üblichen Qualitätssicherungsmaßnahmen in der Modulproduktion bieten hierfür keine hinreichende Grundlage, da sie keine charakteristischen Materialkennwerte liefern. Infolgedessen bedarf die Integration von Photovoltaikmodulen in die Gebäudehülle in vielen Fällen gesonderter Zustimmungs- oder Zulassungsverfahren. Resttragfähigkeitsprüfungen an Glas-Glas-Photovoltaikmodulen verfolgten das Ziel, die mechanischen Sicherheitseigenschaften gängiger Modulaufbauten im Vergleich zu Verbundsicherheitsglas zu ermitteln. Auf der Grundlage der Ergebnisse lassen sich die untersuchten Aufbauten als mindestens gleichwertig beurteilen. Mit einer bauaufsichtlichen Einstufung geeigneter Modulaufbauten als Verbundsicherheitsglas könnte sich der zusätzliche Nachweisaufwand für gebäudeintegrierte Photovoltaik erheblich reduzieren. Im Vierpunktbiegeversuch wurde der Einfluss der Glasbeschichtung mit Dünnschichtsolarzellen auf die Festigkeit der verwendeten Gläser analysiert. Die für eine praktikable Qualitätssicherung durch die Hersteller wünschenswerte Prüfung im Fertigungsformat der Module erforderte eine Modifikation der Probengeometrie. Numerische Berechnungen konnten die Anwendbarkeit des Prüf- und Auswertungsverfahrens auf die vergrößerte Probenbreite nachweisen. Bei beiden untersuchten Dünnschichttechnologien ließ sich die Randentschichtung als Ursache für eine leichte Reduzierung der Biegezugfestigkeit identifizieren. Dabei blieben Mindestwerte für das Basisprodukt Floatglas eingehalten. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Nachweis der mechanischen Leistungseigenschaften von Photovoltaikmodulen, die für den Einsatz als Bauprodukt erforderlich sind. Darüber hinaus können die entwickelten Empfehlungen für die photovoltaikspezifischen Entwurfs- und Planungsaufgaben einen ganzheitlichen und interdisziplinären Planungs- und Bauablauf erleichtern.

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Bücher, Broschüren

Bauen+ Schwerpunkt: Energie
Edition Bauen+, Band 2
Forschung und Technik, Projekte, Interviews
2022, 128 S., 154 Abb., 16 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der zweite Band der Schriftenreihe "Edition Bauen+" beinhaltet wesentliche Fachbeiträge der Fachzeitschrift Bauen+ aus dem Bereich Energie. Vom Hofer Sonnenhaus mit zukunftsweisendem Energie- und Baukonzept über die Vorteile eines Makadamspeichers, ein dreigeschossiges Verwaltungsgebäude aus Holz, die beeindruckende Verwandlung einer Kirche bis zu einem Plusenergiehof auf dem Land werden wegweisende Projekte vorgestellt. Die ausgewählten Fachartikel zeigen neben den Projektbeispielen neueste Forschungsentwicklungen, die in der Praxis angekommen sind, und geben damit vielfältige Anregungen. Die Experteninterviews setzen ebenfalls interessante Impulse. Zusammengefasst wird gezeigt, wie Bauen heute funktioniert: interdisziplinär, kompetent und spezialisiert.

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Mike de Saldanha
Smart bauen
Architektonische und technische Strategien für energieoptimierte Gebäude, Quartiere und Städte
2021, 297 S., 101 Abb., 162 Graf. u. 1 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Smart zu bauen bedeutet, ein ganzheitliches Konzept zu entwickeln, das sowohl eine Optimierung des Energie- und Materialverbrauchs als auch der Behaglichkeit und Gestaltung zum Ziel hat. Der Autor stellt anhand von Praxisbeispielen eine Vielzahl von zukunftsorientierten, energieoptimierten Baukonzepten vor - vom einzelnen Raum bis zu ganzen Stadtteilen. Durch den themenübergreifenden Ansatz wendet sich das Buch gleichermaßen an Architekten und Ingenieure wie an Bauherren und alle, die sich für Architektur und Stadtplanung im Kontext der Energiewende interessieren.

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Johann Reiß, Micha Illner, Hans Erhorn, Annette Roser, Karin Schakib-Ekbatan, Edelgard Gruber, Manuel Winkler, Werner Jensch
Energieeffiziente Schulen
Konzept - Umsetzung - Messung - Ergebnis - Kosten
2021, 372 S., 262 Abb., 63 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die räumlichen und hygienischen Bedingungen vieler Schulen erfüllen nicht mehr die heutigen Erwartungen. Zudem weisen die Gebäude einen hohen Energieverbrauch auf und belasten damit den Haushalt der Kommunen. In der Bevölkerung besteht Konsens, dass Schulen für die gesellschaftliche Zukunft eine hohe Bedeutung haben. Mit der Forschungsinitiative "Energieeffiziente Schulen - EnEff:Schule" förderte das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) ein Vorhaben, bei dem gezeigt wurde, wie Schulgebäude das energetische Niveau einer 3-Liter-Haus-Schule oder einer Plusenergieschule erreichen können. Neben der energetischen Sanierung von zum Teil 50 Jahre alten Schulgebäuden wurden auch Schulneubauten erstellt. Die umgesetzten Beispiele zeigen, wie durch heute verfügbare technische und bauliche Innovation der Primärenergiebedarf für Heizung, Lüftung, Kühlung, Trinkwarmwassererwärmung und Beleuchtung wirtschaftlich gesenkt werden kann. Eine Begleitforschung hat alle Projekte intensiv begleitet, die Messergebnisse ausgewertet, dokumentiert und die Daten in Querauswertungen einander gegenübergestellt. Ferner fanden Befragungen der Schülerinnen und Schüler sowie der Lehrerinnen und Lehrer vor und nach der Sanierung statt. Anhand der ermittelten Daten und Erkenntnisse konnten umfangreiche Empfehlungen zusammengestellt werden, die sowohl für die Sanierung als auch für den Schulneubau hilfreich sind. Für alle Personen und Institutionen, die bei der Planung eines Schulneubaus oder der Sanierung eines Schulgebäudes eingebunden sind, enthält das Buch wertvolle Informationen.

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Eberhard Hinz, Andreas Enseling
Leitfaden Energietechnische Portfolio-Analyse in Wohnungsunternehmen
2021, 100 S., 29 Abb., 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Von Wohnungsunternehmen wird gefordert, dass ihre Gebäudebestände künftig den ambitionierten Klimaschutzvorgaben entsprechen. Dazu sollte zunächst der gegenwärtige energietechnische Zustand des Wohngebäudebestands festgestellt und transparent erfasst werden. Die Unternehmen stehen vor der Herausforderung, die z. B. durch Energieausweise gewonnenen Daten sowie weitere energierelevante Informationen in ihren Managementprozess - insbesondere das Portfoliomanagement - zu integrieren. Für die Unternehmen der Wohnungswirtschaft bedeutet der Aufbau eines umfassenden energietechnischen Portfoliomanagements jedoch häufig einen erheblichen Aufwand. Ein pragmatischer Einstieg in das energietechnische Portfoliomanagement über ein Energiekataster und eine Gebäudetypologie, um technische und wirtschaftliche Einsparpotenziale zu identifizieren, ist Inhalt einer energietechnischen Potenzialanalyse und wird im Buch am Beispiel eines fiktiven Wohnungsunternehmens dargestellt. Das Buch wendet sich in erster Linie an das Management von (kommunalen) Wohnungsunternehmen, aber auch an Akteure auf (kommunal)politischer Ebene, die mit entsprechenden Vorgaben die Entwicklung des Unternehmens wesentlich beeinflussen können.

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Heiko Schwarzburger, Sven Ullrich
Sonnenstrom aus der Gebäudehülle
Grundlagen und Praxistipps zur bauwerkintegrierten Photovoltaik (BIPV)
2021, 189 S., 27 cm, Hardcover
VDE-Verlag

 

 

Bauwerkintegrierte Photovoltaik, abgekürzt BIPV (Building Integrated Photovoltaic), hat sich mittlerweile zu einem interessanten Geschäftsfeld entwickelt. Die Möglichkeiten, Solarpaneele in Fassade oder Dach zu integrieren, werden technisch und ästhetisch immer ausgefeilter und wirtschaftlicher. Das Interesse, diese Möglichkeiten kennenzulernen und zu nutzen, steigt; auch vor dem Hintergrund der seit 2021 geltenden EU-Gebäuderichtlinie, die für neue Gebäude eine weitgehend ausgeglichene Energiebilanz (nearly zero energy) fordert. Das Buch richtet sich an B2B-Zielgruppen, die Dächer und Fassaden für Solarstrom nutzen wollen - im Neubau und in der Bestandssanierung. Die Autoren zeigen anhand von zahlreichen Fotos die vielfältigen Einsatz- und Gestaltungsmöglichkeiten von BIPV, geben ausführliche Hinweise zur Technik, Planung und Wirtschaftlichkeit und präsentieren Tipps zum Betrieb und zur Wartung der Anlagen.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Kati Jagnow, Steffen Henning
Statistische Untersuchung der Flächen- und Nutzstromanteile von Zonen in Nichtwohngebäuden
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3221
2021, 149 S., 98 Abb. u. 85 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für häufig vorkommende Nichtwohngebäude liegen nur wenige Informationen über das Vorhandensein unterschiedlicher Nutzungszonen und deren Anteil an der Nettogrundfläche vor. Darüber hinaus fehlt bei der Energiebilanzierung von Nichtwohngebäuden bisher die normative Möglichkeit, den Nutzer- bzw. Anwenderstrombedarf anhand gesicherter Kennwerte realitätsnah abzuschätzen und somit eine vollständige Wärme-, Kälte- und Strombilanz zu erzeugen. Mit dem Ziel, Aussagen zur Zonenflächenzusammensetzung unterschiedlich genutzter Nichtwohngebäude zu treffen, konnten detaillierte Angaben zur Zonenhäufigkeit und der Flächenzusammensetzung für Büro- und Verwaltungsgebäude, Schulen, Kindertagesstätten, Handelsgebäude/Lebensmittel, Hotels mit Restaurant, Museen und Theater erarbeitet werden.

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Heike Erhorn-Kluttig, Hans Erhorn, Micha Illner, Johannes Schrade, Linda Lyslow, Astrid Ecker-Brinkmann, Konstantinos Koutsomarkos
EU-Projekt CoNZEBs - Solution sets for the Cost reduction of new Nearly Zero-Energy Buildings. Lösungsansätze für die Kostenreduzierung von Niedrigstenergiegebäuden
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3232
2021, 42 S., 18 Abb. u. 4 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In vier EU-Ländern wurde analysiert, wie die erhöhten Investitionskosten von Niedrigstenergiegebäuden im Vergleich zu den Gebäuden gemäß den energetischen Mindestanforderungen im Jahr 2017 reduziert werden können. Die Analysen Projekt haben gezeigt für die deutsche Situation, dass die anhand realisierter Mehrfamilienhäuser ermittelte Investitionskostendifferenz zwischen einer Umsetzung gemäß den energetischen Mindestanforderungen und einem KfW-Effizienzhaus 55 durch ein intelligentes Energiekonzept nicht nur ausgeglichen, sondern sogar das KfW-Effizienzhaus 55 kostengünstiger errichtet werden kann.

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Tim Schöndube, Oliver Kornadt, Svenja Carrigan, Thomas Lützkendorf, Christoph Beecken, Sabine Becker
Weiterentwicklung der EnEV-Nachweisverfahren und -Anforderungen unter Berücksichtigung des Gebäudelebenszyklus
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3231
2021, 201 S., 69 Abb. u. 34 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die wesentlichen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden sind in Deutschland im Jahr 2019 durch die Energieeinsparverordnung (EnEV) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) festgelegt. Bei der Bewertung der energetischen Gebäudequalität wird jedoch nur der Energiebedarf während der Nutzungsphase betrachtet. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass mit Verschärfung der energetischen Gebäudeanforderungen in der Vergangenheit auf der einen Seite der Energieverbrauch des Gebäudebestandes gesenkt werden konnte. Auf der anderen Seite ist der prozentuale Anteil des Energieaufwands für die Herstellung und Instandhaltung von Gebäuden im Vergleich zum Energiebedarf für den Gebäudebetrieb gestiegen. Es erscheint deshalb im Sinne des Erreichens der anspruchsvollen Klimaschutzziele Deutschlands nicht mehr zweckmäßig den Energieaufwand für die Herstellung und Instandhaltung von Gebäuden bei der Bewertung der energetischen Qualität weiterhin zu vernachlässigen. Mit diesem Forschungsprojekt wurde insbesondere das Ziel verfolgt das Berechnungsverfahren der EnEV sinnvoll weiterzuentwickeln, um zukünftig zusätzlich zum Energiebedarf resultierend aus dem Gebäudebetrieb auch den Energieaufwand für die Herstellung, Instandhaltung und Entsorgung von Gebäudekomponenten berücksichtigen zu können.

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Oliver Kornadt, Svenja Carrigan, Marco Hartner, Tim Schöndube, Jonas Wilhelm, Moritz Lachmann, Hanna Lermen, Moritz Kissinger, Christoph Beecken, Sabine Becker
Analyse der Diskrepanz zwischen berechnetem Energiebedarf nach EnEV und tatsächlichem Energieverbrauch
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3217
2021, 60 S., 41 Abb. u. 24 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Studien haben aufgezeigt, dass es Diskrepanzen zwischen nach EnEV berechneten Energiebedarfswerten und gemessenen Energieverbrauchswerten gibt. Diskrepanzen können zu Irritationen und zur Minderung der Akzeptanz der EnEV führen. Ferner können zu erwartende Betriebskosten oft nur unzureichend abgeschätzt werden und eine präzise Aussage hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur energetischen Optimierung ist kaum möglich. Zur Untersuchung der Abweichungen zwischen Energiebedarf und Energieverbrauch, werden diese für reale Gebäude verglichen. Weiter werden aufbauend auf den Ergebnissen Ansätze entwickelt, um die Berechnungs- und Nachweisverfahren besser an den tatsächlichen Verbrauch anzupassen.

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Lutz Dorsch, Kati Jagnow
Einheitliche Dokumentation der Gesamt- und Zwischenergebnisse der Energiebilanz nach DIN V 18599
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3376
2020, 244 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit der Energiebilanzierung von Gebäuden sind im Rahmen der Bauantragsstellung oder Bestandsmodernisierung Fachplaner betraut. Für den Nichtwohnungsbau ist in Deutschland die Normenreihe DIN V 18599 die einzig zulässige Norm, für den Wohnungsbau eines von mehreren Alternativverfahren. Kommt die DIN V 18599 zum Einsatz, wird eine Software verwendet. Darüber hinaus ist für jede Zone des Berechnungsmodells eine Monatsbilanz u.a. für die Nutzungs- und Nichtnutzungszeiten sowie für den Heiz- und Kühlfall durchzuführen. Alleine die Fülle der erforderlichen Berechnungen macht den Softwareeinsatz erforderlich. Ziel des Projektes war es daher, eine verbindliche Dokumentationsrichtlinie (Ausgabeformat und Handlungsanweisung zur Erstellung) zu entwickeln, die allen Ansprüchen einer Prüfung und allen Wünschen der beteiligten Kreise gerecht wird. Angestrebt wird die Veröffentlichung der Projektergebnisse als Beiblatt zur DIN V 18599.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

Zur Datenbank RSWB^®plus

Vorländer, Jochen
CO2-Kosten sollen in Stufen geteilt werden. CO2-Bepreisung (kostenlos)
TGA Fachplaner, 2022

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Musall, Eike; Mueller, Dennis; Rödder, Maximilian; Bauer, Jana; Brockerhoff, Maximilian; Hering, Janine
Nachverdichtung mit Holzmodulen. SDE: Team MIMO bildet aus gestapelten Tiny Houses eine WG
Tab Das Fachmedium der TGA-Branche, 2022

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Tuschinski, Melita
Neue, klimarelevante Wege zur Energieeffizienz im Baubereich. Zur Innovationsklausel des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) (kostenlos)
Der Bausachverständige, 2022

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Kabitzsch, Klaus
Energieeffizienzklassen für Gebäude. Eine moderne Gebäudeautomation kann bis zu 30 Prozent der benötigten Energie für Heizung, Kühlung und Beleuchtung einsparen
IKZ Fachplaner, 2022

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Harbusch, Volker
Vor- und Nachteile von Methanol für die Energiewende
Energie Wasser-Praxis, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022