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Robuste Optimierung in der Gebäudesimulation. Entwicklung einer Methode zur robusten Optimierung für die energetische Sanierung von Gebäuden unter unsicheren Randbedingungen

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die energetische Sanierung des Gebäudebestandes ist für den Klimaschutz ein zentraler Punkt. Eine belastbare Planung von Konzepten für die energetische Gebäudesanierung setzt eine Integration von Unsicherheiten und das Auffinden von optimalen Lösungen unter Berücksichtigung unterschiedlichster Sanierungsziele voraus. In der Arbeit wird deshalb eine Methode zur robusten Optimierung für die energetische Sanierung von Gebäuden unter Berücksichtigung unsicherer Randbedingungen entwickelt. Durch diese Methode ist eine gleichzeitige Optimierung von ein oder mehreren Zielgrößen sowie eine Erhöhung ihrer Robustheit gegenüber unsicheren Randbedingungen realisierbar. Als Basis für die Analysen wird mit Hilfe der thermischen Gebäudesimulation ein detailliertes Modell eines Wohngebäudes erstellt. Die robuste Optimierung wird mit Hilfe eines Ersatzmodells, auf Basis des detaillierten Gebäudemodells, durchgeführt. Für die Auswahl eines geeigneten Ersatzmodells werden zwei Methoden aus dem Bereich des statistischen Lernens - Neuronale Netze und Support Vector Regression - miteinander verglichen. Die Unsicherheiten werden mit Hilfe einer Monte-Carlo-Simulation in die robuste Optimierung integriert. Für die Optimierung wird eine populationsbasierte Metaheuristik - "Particle Swarm Optimiziation (PSO)" - verwendet. Eine erste Anwendung dieser Methode zeigt im Vergleich zu einer Sanierung nach Energieeinsparverordnung, dass für die Zielgrößen Treibhausgas-Emissionen und Kapitalwert eine deutliche Minimierung bzw. Maximierung möglich ist. Dies kann bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Robustheit der genannten Zielgrößen gegenüber klimatischen Veränderungen und Energiepreisschwankungen erreicht werden. Die entwickelte Methode kann für weitere Gebäudetypen adaptiert und/oder durch unsichere Randbedingungen, wie z.B. das Nutzerverhalten, ergänzt werden. Eine Erweiterung für die Anwendung zur Planung von Neubauten oder in frühen Entwurfsphasen ist ebenfalls möglich.

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Bücher, Broschüren

Mike de Saldanha
Smart bauen
Architektonische und technische Strategien für energieoptimierte Gebäude, Quartiere und Städte
2021, ca. 250 S., zahlr. Abb. u. Tab., Hardcover
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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. u. 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. u. 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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Thomas Königstein
Ratgeber energiesparendes Bauen und Sanieren
Neutrale Informationen für mehr Energieeffizienz
7., erg. und aktual. Aufl.
2020, 238 S., zahlr. farb. Abb., Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Autor zeigt verständlich und anwendungsorientiert, dass Energieeinsparung weder beim Neubau noch bei der Sanierung Einschränkung und Verzicht, sondern Behaglichkeit, Qualitätssteigerung, Werterhaltung und Klimaschutz bedeutet. Mehr denn je geht es um den Klimaschutz. Bis 2030 sollen die Emissionen von Treibhausgasen gegenüber 1990 um mindestens 55 Prozent sinken, bis 2050 soll Deutschland weitgehend treibhausgasneutral werden. Ziel ist es, die Erderwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius zu begrenzen. Dabei spielt der Gebäudesektor eine entscheidende Rolle, denn etwa 35 Prozent des Energieverbrauchs entfällt in Deutschland auf Gebäude. Mit dem Bau eines energieeffizienten Gebäudes oder einer entsprechenden Sanierung werden Emissionen des Klimakillers CO2 reduziert bzw. vermieden. Das Buch ist ein kompetenter Ratgeber, der dem Leser produktneutrale, unabhängige Informationen an die Hand gibt, um bei seinem Bauvorhaben in jeder Phase und für jedes Bauteil die richtige Entscheidung im Sinne eines energieeffizienten Gebäudes treffen zu können. Dazu werden nach den Grundlagen der Bauphysik alle wichtigen Themen praxisnah erläutert, von den Bau- und Wärmedämmstoffen über Bauteilkonstruktionen, Wärmebrücken, Fenster, Luft- und Winddichtheit, Lüftungs- und Heizungsanlagen bis zur Nutzung regenerativer Energien - ergänzt durch fachliche Exkurse und zahlreiche Abbildungen.

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Bernhard Weller, Leonie Scheuring
Denkmal und Energie 2020
Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Nutzerkomfort
2020, viii, 232 S., 5 SW-Abb., 92 Farbabb., 92 Farbtabellen. 240 mm, Softcover
Springer

 

 

In zahlreichen Beiträgen namhafter Autoren aus Wissenschaft und Praxis werden aktuelle Fragestellungen rund um das Themengebiet Denkmal und Energie beleuchtet. Es dient zum Wissenstransfer von praxisrelevanten Projektbeispielen, aktuellen Forschungserkenntnissen und der Wirkungsweise neu entwickelter Materialien an die Handlungsakteure im Bauwesen. Hierzu werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie eine Symbiose zwischen dem behutsamen Umgang mit dem Gebäudebestand, einer energetischen Ertüchtigung und der Verbesserung des Nutzerkomforts geschaffen werden kann.

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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
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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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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Tamara Bimesmeier, Karin Gruhler, Clemens Deilmann, Jan Reichenbach, Sonja Steinmetzer
Sekundärstoffe aus dem Hochbau
Energie- und Materialflüsse entlang der Herstellung und des Einsatzortes von Sekundärstoffen aus dem Hochbau für den Baubereich
Abschlussbericht SEROBAU.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3184
2020, 252 S., 95 Abb. u. 27 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Recycling von Bauabfällen ist ein wichtiger Baustein zur Ressourcenschonung. Das Forschungsvorhaben ist eine Sondierungsstudie, die sich insbesondere dem Aspekt der energetischen Aufwendungen im Zuge der Kreislaufführung im Bausektor widmet. Den bisher üblichen massebezogenen materiellen Betrachtungen zum Recycling werden energetische Aufwendungen gegenübergestellt und geprüft, inwieweit sich Recycling auch aus energetischer Perspektive lohnt. Dabei wird die Wertigkeit des möglichen neuen Einsatzortes der Rückbaumaterialien mitberücksichtigt. Für jede Bauproduktgruppe werden instruktive Nutzungsbeispiele in Form charakteristischer "durchgängiger" Prozessketten vom Rückbaumaterial bis zur Einsatzvariante nachgezeichnet und aus energetischer Perspektive in drei Schritten analysiert: 1. Aufbereitung des Rückbaumaterials bis zum Sekundärstoff - Modulare Berechnung des Energieaufwands der Sekundärstoffaufbereitung; 2. Erreichen der funktionalen Äquivalenz (Einsatzfähigkeit als Substitut) auf Grundlage von Unterschieden zwischen Primär- und Sekundärstoffverwendung bis zur Einsatzvariante; 3. Gegenüberstellung der Energieaufwendungen für die Substitut- und Primärstoffherstellung.

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Stefan Schäfer, Alexander Pick
Entwicklung von planaren Ziegelfertigteilen für die Herstellung von weitspannenden Schalentragwerken
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3188
2020, 157 S., 206 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Schalentragwerke besitzen unter baukulturellen, tragkonstruktiven und ästhetischen Gesichtspunkten hohe Potentiale für das Bauwesen. Obwohl sie zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen aufweisen, kommen sie in der heutigen Architektur aufgrund hoher Kosten nur noch selten zur Anwendung. Die Relevanz des Forschungsthemas wird deutlich an dem geringen Anteil von Schalentragwerken an der Anzahl neuer Bauprojekte. Dies ist auf den hohen Ressourceneinsatz an Personal, Schalung und Unterkonstruktionen, wie z. B. Lehrgerüsten zurückzuführen. Um dieser Problematik entgegenzuwirken gilt es, den Anteil an Personal und Schalung zu reduzieren, Lehrgerüste zu vereinfachen und den Planungs-, Produktions- und Bauprozess zu vereinfachen. Unser Forschungsansatz sieht eine Methodik zur wirtschaftlichen Herstellung von mehrfach gekrümmten Ziegelschalen durch einfache, planare Bauteile vor. Ziel ist es, komplexe Bauwerke wie Schalentragwerke durch einen erhöhten Vorfertigungsgrad konkurrenzfähiger zu machen und damit die Diversität des Spektrums an Bauwerken dieser Art wieder zur erhöhen. Durch die Verlagerung eines Großteils der Arbeiten von der Baustelle in die Vorfertigung lässt sich diesem Problem entgegenwirken.

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Oliver Kornadt, Svenja Carrigan, Tim Schöndube, Stefan Winter, Klaus Mindrup, Gerhard Knieriemen, Franz Loderer, Juliane Nisse, Hans R. Peters, Saif Rashid, Christof Richter, Torsten Schoch, André Staniszewski
Dynamisch thermisch-hygrisches Verhalten von Massivbaukonstruktionen: Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude aus Mauerwerk und thermisch aktivierbare Massivholzelemente. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3129
2019, 189 S., 192 Abb. u. 80 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die thermische Speicherfähigkeit von Baukonstruktionen kann erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit von Gebäuden haben. Im Zuge immer genauerer Berechnungs- und Bilanzierungsverfahren ist es notwendig, auch den Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit eines Gebäudes auf den Energiebedarf zu berücksichtigen. Hier setzt das vorliegende Forschungsprojekt mit einer Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen der Wärmespeicherfähigkeit auf das thermische Verhalten von Gebäuden an. Außerdem wird eine Berücksichtigung der Wärmespeicherfähigkeit auch für moderne Holzkonstruktionen immer wichtiger. Ziel des Forschungsprojektes war zum einen die Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude, welcher es ermöglicht, ohne aufwendige Simulationsrechnungen Aussagen bezüglich des Einflusses der Wärmespeicherfähigkeit auf den Nutzenergiebedarf für Heizen, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit treffen zu können.

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Kristin Bräunlich, Martina Broege, Alfred Bruns, Thomas Hartmann, Oliver Kah, Christine Knaus, Sven Knothe, Matthias Weinert, Julia Sophie Weiser, Enrico Zönnchen
Studie zur technischen, energetischen und wirtschaftlichen Bewertung von Abluft- und Umluft-Dunstabzugshauben in Wohnküchen in energieeffizienten Gebäuden
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3142
2019, 156 S., 66 Abb. u. 38 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll für Dunstabzugssysteme in Wohnküchen der energetische Einfluss im Gebäude und die Wirksamkeit der Systeme in Bezug auf die Reduzierung von Küchendünsten untersucht werden und dies insbesondere im Abluft- und Umluftbetrieb. In einem ersten Arbeitsschwerpunkt wurden normative und gesetzliche Rahmenbedingungen ermittelt. Die sich daraus ergebenden Anforderungen sind sowohl für die weiteren Untersuchungen als auch zur Ableitung von Planungsempfehlungen grundlegend. Außerdem befasst sich das Forschungsvorhaben mit der technischen Bewertung von Dunstabzugssystemen. Hierbei sollen wesentliche Bewertungsverfahren und Kennzeichnungen einer kritischen Prüfung unterzogen werden. Der dritte Themenbereich behandelt die Wechselwirkung von Dunstabzugssystemen mit dem Gebäude und weiteren technischen Systemen. Werden Dunstabzugssysteme im Abluftbetrieb verwendet, muss für eine ausreichende Nachführung von Außenluft gesorgt werden, andernfalls können kritische Unterdrücke in der Wohnung auftreten. Die Erkenntnisse aus der Studie sind ferner in einem Leitfaden für Nutzer, Planer und Gutachter zusammengefasst.

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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.

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Smartes Energiekonzept für nachhaltiges Wohnen (kostenlos)
Modernisierung, 2021

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Netz, Hartmut
Energiesprung fürs Haus. Neues Verfahren macht energiefressende Altbauten zu Nullenergiehäuser
Bild der Wissenschaft, 2020

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Wehmeier, Anne; Weber, Andreas
Informationspunkt "Step by Step" - das Siegerprojekt zum Urban hub für den Solar Decathlon 2021
Bauphysik, 2020

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Westphal, Tim
Alle sitzen im gleichen Boot. Open BIM (kostenlos)
Bundesbaublatt, 2020

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Zimmermann, Kristina
Schub für die Wärmewende. Serielle Sanierungen (kostenlos)
Bundesbaublatt, 2020

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