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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

Thomas Königstein
Ratgeber energiesparendes Bauen und Sanieren
Neutrale Informationen für mehr Energieeffizienz
7., erg. und aktual. Aufl.
2019, 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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Bauphysik-Kalender 2019
Bauphysik-Kalender
Schwerpunkte: Energieeffizienz; Kommentar DIN V 18599
2019, 660 S., 350 SW-Abb., 40 Farbabb., 200 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Instrumentarium für Entwurf und Bemessung energetischer Konzepte unter Einbeziehung der licht- und wärmedurchlässigen Gebäudehülle sowie der Heizungs- und Klimatechnik, der Beleuchtung und der stromerzeugenden Anlagen liefert DIN V 18599 "Energetische Bewertung von Gebäuden - Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung", Teile 1 bis 12 in der aktuellen Fassung von 2016. Diese Norm ist das Recheninstrument, mit dem alle Bilanzanteile umfassend und mit vertretbarem Aufwand zusammengeführt werden können und die Effizienz eines Gebäudes ganzheitlich bewertet werden kann. Im Bauphysik-Kalender 2019 werden alle zwölf Normteile aktuell aus erster Hand für die Praxis kommentiert. Dabei werden die Hintergründe und Grundlagen von Nutzungsrandbedingungen erläutert und Hinweise für die Erstellung eigener Nutzungsprofile gegeben. Es wird gezeigt, wie sich unterschiedliche Ausführungen des Wärmeschutzes, des Sonnenschutzes und der Bauart auf den Heizwärmebedarf und Kühlbedarf auswirken. Die Bewertung von Anlagenkonzepten und die Nachweise nach dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG werden dargestellt. Auf den Einfluss der Betriebsführung der Anlagentechnik und der Gebäudeautomation wird eingegangen. Außerdem werden Hinweise zur Praxistauglichkeit und -relevanz einiger Kennwerte gegeben. Die Verfahren zur Ermittlung der Primärenergiefaktoren werden ebenfalls erläutert. Das neue Tabellenverfahren nach DIN V 18599 Teil 12 stellt vorausgewertete Tabellen für die Aufwandszahlen von Anlagenteilbereichen der Anlagentechnik zur Verfügung. Damit wird die energetische Bewertung von Gebäuden und der Anlagentechnik transparenter und übersichtlicher. Zukünftig wird dies auch für ausgewählte Typen von Nichtwohngebäuden möglich sein. Berechnungsbeispiele und Beispielgebäude in den einzelnen Kommentaren dienen der direkten Praxisanwendung der Norm. An die Planer werden also hohe Anforderungen gestellt, daher zeigen Beiträge mit Ausführungsbeispielen z. B. zukun

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Bernd Söllner
Die Vor-Ort-Energieberatung
Das Gebäude
Schritt für Schritt zum Gutachten
4., überarb. u. erw. Aufl.
2019, 121 S., 240 mm, Softcover
VDE-Verlag

 

 

Steht eine energetische Sanierung eines Gebäudes an, ist die Mitwirkung eines Energieberaters stets von Vorteil. Sollen KfW-Fördermittel in Anspruch genommen werden, ist eine Energieberatung nach wie vor sogar Pflicht. Die Mindestanforderungen an eine solche Vor-Ort-Beratung hält eine Richtlinie, aktuell von Oktober 2014, des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fest. Wie diese Vor-Ort-Energieberatung in der Praxis genau aussehen kann, wird im Buch kompakt und übersichtlich beschrieben. Es folgt in seiner Gliederung dem Ablauf einer Beratung. Von der Vorbereitung des Termins über die Informationsgewinnung und die Berechnung bis zur Berichterstellung wird jeder Schritt detailliert und anhand von Beispielen dargestellt. Ein reales Gutachten eines Einfamilienhauses sowie Informationen über Förderprogramme runden die Ausführungen ab. In der vorliegenden 4. Auflage hat der Autor sämtliche aktuellen Anforderungen aus gesetzlichen Regelungen sorgfältig eingearbeitet. Er stellt darüber hinaus den Umgang mit dem neuen "Individuellen Sanierungsfahrplan" vor, der im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie entwickelt wurde und als Instrument der Beratung von allen Gebäudeenergieberatern eingesetzt werden kann.

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Sabine Erdmann, Angelika Lückert, Klaus Probst
Wirtschaftlichkeit baulicher Investitionen bei Erhöhung energetischer gesetzlicher Anforderungen
Metastudie
2018, 67 S., 6 Abb. u. 7 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Thema der Wirtschaftlichkeit in Bezug auf energieeffiziente Baumaßnahmen ist von hoher Brisanz. Besonders vor dem Hintergrund möglicher zukünftiger Verschärfungen der gesetzlichen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden ist die Auseinandersetzung mit der Frage nach der Wirtschaftlichkeit sehr aktuell. Eine Vielzahl an Veröffentlichungen und zahlreiche Diskussionen auf Fachtagungen untersuchen dieses Thema auf unterschiedlichste Weise, wodurch eine Zusammenführung aller Ergebnisse zu einer übereinstimmenden Aussage weder belastbar noch wirklich zielführend ist. Insbesondere aus Sicht privater Bauherren ist für eine fundierte Entscheidungsfindung bei der Vielzahl der Veröffentlichungen zu diesem Thema eine Orientierung und Einordnung der Ergebnisse vonnöten. Mit dieser vergleichenden Metastudie sollen daher die wesentlichen Erkenntnisse der jeweiligen Veröffentlichungen herausgestellt und die Annahmen, Randbedingungen und Methoden, auf denen sie basieren, verdeutlicht werden. Als Ausgangsbasis wird zunächst die aktuelle Gesetzeslage beschrieben und der Untersuchungsrahmen festgelegt. Darauf aufbauend wird dargestellt, welche Rahmenbedingungen wie Baukostensteigerungen, Energiepreise und Energiepreisentwicklungen innerhalb der Publikationen angesetzt und welche Energiestandards miteinander verglichen werden. Des Weiteren werden die Studien nach den verwendeten Berechnungsverfahren gebündelt betrachtet und hinsichtlich der Anwendung des Kopplungsprinzips beleuchtet. Außerdem werden wesentliche Aspekte zum Thema Sanierung gegenüber Neubau aus den Studien herausgestellt. Die Metastudie liefert somit eine gegenüberstellende Betrachtung relevanter Ergebnisse der untersuchten Studien im Hinblick auf die Bewertung der Wirtschaftlichkeit energetischer Baumaßnahmen (für Selbstnutzer).

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Eberhard Hinz, Andreas Enseling
Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit in der Gebäudemodernisierung
Unvereinbarer Widerspruch oder eine Frage der Sichtweise?
2018, 104 S., 24 Abb. u. 4 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

"Rechnet sich denn das eigentlich alles?", mag sich mancher Gebäudebesitzer angesichts der Kosten für energietechnische Modernisierungen fragen. Ist energiesparendes Bauen eine hochrentable Investition in die Zukunft oder doch nicht sinnvoll? Vor diesem Hintergrund und aus der Erfahrung vieler kontroverser Diskussionen um die Wirtschaftlichkeit energietechnischer Modernisierungen ist das Buch entstanden. Die Autoren wenden sich in erster Linie an private Investoren und erläutern auf verständliche Weise das Thema der Wirtschaftlichkeit energiesparender Maßnahmen in selbstgenutzten Wohngebäuden. Das Buch ist als eine Hilfe für Investoren zu verstehen, die vor einer Investitionsentscheidung stehen und durch die öffentliche Diskussion um die Wirtschaftlichkeit energiesparender Maßnahmen verunsichert sind. Das Buch vermittelt das Wissen, um die kontroverse Diskussion um die Wirtschaftlichkeit zu verstehen und die eigene Investitionsentscheidung abzusichern. Die Autoren des Buches sind als wissenschaftliche Mitarbeiter im Institut Wohnen und Umwelt (IWU) seit vielen Jahren mit dem komplexen Thema der Wirtschaftlichkeit energiesparender Maßnahmen in Wohngebäuden befasst.

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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.
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Heike Erhorn-Kluttig, Eike Budde, Linda Lyslow, Simon Wössner, Hans Erhorn, Konstantinos Koutsomarkos
EU-Projekt MODER - Mobilisierung von innovativen Design Tools für die Sanierung von Gebäuden auf Quartiersebene
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3154
2019, 45 S., 24 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das EU-Projekt MODER entwickelte eine integrale Methode für energetische Sanierungen auf Quartiersniveau. Dabei wurden zunächst die vorhandenen Hindernisse für die Umsetzung von Quartierssanierungen unter anderem bzgl. der Wirtschaftlichkeit, der benötigten Planungshilfsmittel und der Umsetzungsmethoden analysiert. Sinnvolle Technologiepakete aus den Bereichen Gebäudehülle, technische Gebäudeausrüstung, Mess- und Regeltechnik, zentrale Energieerzeugung und Verteilung, erneuerbare Energien und Informations- und Kommunikationstechnik wurden definiert. Der "District Energy Concept Adviser" des Fraunhofer IBP ist ein Tool für die frühen Planungsphasen, das es Stadtplanern, Umweltbeauftragten, Investoren und Wohnungsbaugesellschaften ermöglicht, unterschiedliche zentrale und dezentrale Energieversorgungskonzepte für Quartiere energetisch zu bewerten. Im Projekt wurde das Tool um wichtige Module erweitert: eine Kostendatenbank für die Ermittlung von Investitionskosten und Energiekosten vor und nach der Sanierung, die Ergänzung um weitere dezentrale und zentrale Energieversorgungsarten inklusive Speichertechnologien und die Technologiepakete für die schnelle Anwendung von Sanierungskombinationen auf mehrere Gebäudetypen.

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Tim Röder, Paul Mathis, Dirk Müller
EwWalt - Energetische Bewertung der dezentralen kontrollierten Wohnraumlüftung in alternierender Betriebsweise
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3147
2019, 111 S., 79 Abb. u. 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Dezentrale alternierende Wohnungslüftungsgeräte finden zunehmend Verbreitung im Markt. Zur Wärmerückgewinnung werden Wärmespeicher verwendet, die zeitlich variant durchströmt werden; zur Luftförderung kommen meist Axialventilatoren zum Einsatz, deren tatsächliche Volumenströme von äußeren Druckdifferenzen abhängen. Beides birgt Unsicherheiten hinsichtlich eines energetischen und lüftungstechnischen Vergleichs mit anderen Lüftungskonzepten. Zur Bewertung dezentraler alternierender Wohnungslüftungsgeräte werden durch die drei Forschungsstellen sowohl Untersuchungen zur lüftungstechnischen Funktion auf Basis von numerischer Strömungssimulation (RWTH Aachen) durchgeführt, als auch experimentelle Verfahren zur energetischen Bewertung (HLK Stuttgart) erarbeitet. Aus den Ergebnissen werden geeignete Kennwerte für die gesamtheitliche Bewertung in der Normung abgeleitet (ITG Dresden).

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Johannes Hegger, M. Norbert Fisch, Thomas Wilken
Aktiv-Stadthaus im Bestand - Sanierung von Bestandsbauten der 50er/60er Jahre
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3141
2019, 93 S., 82 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsvorhaben dient dazu, für die Sanierung der großen Wohnbaubestände aus den 50er-Jahren einen erhöhten energetischen Sanierungsstandard unter Einsatz passiver wie aktiver Maßnahmen zu entwickeln und anhand von zwei Objekten beispielhaft umzusetzen. Er wird sowohl den übergeordneten Anforderungen von Klimawandel und Energiewende gerecht als auch zukünftige rechtliche Anforderungen erfüllen, die sich aus EnEV, EPBD bzw. GEG ergeben. Mit der Fokussierung auf die Bestandssanierung größerer Bestände soll einerseits eine Beschleunigung der Energiewende ermöglicht, andererseits eine wirtschaftliche Umsetzung ehrgeiziger Ziele erreicht werden. Neben der mit dem Auszug der Mieter verbundenen Totalsanierung wurden alternative Lösungen zur Prozessoptimierung untersucht, die das Verbleiben der Bewohner in den Beständen ermöglichen. Weiterer Bearbeitungsschwerpunkt ist die vergleichende Abschätzung des ökologischen Fußabdrucks der energetischen Maßnahmen.

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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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Achim Menges, Oliver Bucklin, Oliver David Krieg, Hans Drexler
Baukonstruktionen aus Massiv-Holz, welche durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energie-effizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3122
2019, 90 S., 36 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die weite Verbreitung, hohe Leistungsfähigkeit, und leichte Bearbeitbarkeit macht Holz zu einem idealen Baumaterial für innovative Konstruktionen. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Massiv-Holz-Bausystems, bei denen einfache Holz-Elemente durch digitale Fertigungsmethoden so bearbeitet werden, dass sie durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energieeffizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen. Am Beispiel eines variablen Prototypen-Gebäudes, das in Partnerschaft zwischen der Universität Stuttgart, der Jade Hochschule und der IBA Thüringen entwickelt und gebaut wird, soll das Bausystem erprobt werden. Als eines der ersten voll parametrisch entworfenen und digital hergestellten Gebäude mit einer Vollholzkonstruktion stellt das Projekt einen wichtigen Schritt für die moderne Architekturforschung dar. Vor allem die praxisnahe Evaluation der Entwurfs- und Fertigungsmethodik hat eine Reihe von wichtigen Erkenntnissen zur Folge. Das Forschungsprojekt kann insofern als ersten Schritt für die Entwicklung eines neuen Bausystems angesehen werden.

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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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Pilz, Achim
Plusenergiehof auf dem Land. Hof setzt Maßstäbe hinsichtlich Nachhaltigkeit, innovativer Technologie und Gestaltung
Bauen plus, 2020

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Wie weit können Sie messen? Wieso das Punktgrößenverhältnis in der Thermografie entscheidend ist
EnEV Baupraxis, 2019

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Friedl, Werner
Der GEG-Entwurf im Überblick. Das neue Gebäudeenergiegesetz
EnEV Baupraxis, 2019

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Tuschinski, Melita; Oth, Christian
Energiesparrechtliche Regeln nach EPDB (EPBD). Neubau, Niedrigstenergie-Baustandard und Energieausweis in Österreich
Der Bausachverständige, 2019

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Schoof, Jakob
Plusenergiegebäude in Trondheim
Detail, 2019

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