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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.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

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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SIA-Effizienzpfad Energie. Ergänzungen und Fallbeispiele zum Merkblatt SIA 2040:2017
SIA Dokumentation, Band D 0258
Gültig ab: 01.03.2018.
2018, 56 S., 13 Abb., 21 Tab., Softcover

 

 

Während das Merkblatt SIA 2040 "SIA-Effizienzpfad Energie" ein technisches Dokument mit Definitionen und Berechnungsmethoden darstellt, will die Dokumentation D 0258 die Herleitungen und Hintergrundinformationen darlegen und an Fallbeispielen die Berechnungsweise und Optimierungsprozesse aufzeigen. Die Dokumentation dient damit der Vertiefung und Nachvollziehbarkeit der im Merkblatt gebotenen Kürze. Ergänzt werden Merkblatt und Dokumentation durch ein einfaches Excel-Tool, die "Rechenhilfe SIA 2040" für die Phasen Vorstudie/Vorprojekt, welche auf www.energytools.ch bezogen werden kann. Diese Rechenhilfe erlaubt, bereits in einer frühen Planungsphase die Weichen richtig zu stellen.

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Christian Pöhn, Anton Pech
Bauphysik - Erweiterung 1
Energieeinsparung und Wärmeschutz. Energieausweis - Gesamtenergieeffizienz
3., Aufl.
2018, 224 S., 18 b/w ill., 198 b/w tbl. 242 mm, Hardcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Der erste Erweiterungsband zur Bauphysik (Band 1 der Reihe Baukonstruktionen) befasst sich mit der Umsetzung der EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) sowie mit der österreichischen OIB-Richtlinie 6 zur Harmonisierung bautechnischer Vorschriften in Österreich, die seit 2007 existiert und nun ab 2017 zur verbindlichen Vorschrift wird. Es werden die exakten Rechenverfahren erläutert und Näherungsmethoden für Neu- und Sanierungsplanung und Erfassung des Bestandes vorgestellt. Für die dritte Auflage wurden die Rechenverfahren ergänzt und aktualisiert. Der Band wendet sich vor allem an die Praktiker in Architektur- und Planungsbüros, aber auch an Immobilienbüros und Developer.

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Adolf-Werner Sommer
Passivhäuser+
Planung, Konstruktion, Details, Beispiele
3., überarbeitete und aktualisierte Auflage.
2018, 453 S., 468 farb. Abb. 24 cm, Hardcover
Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH &Co. KG

 

 

"Passivhäuser+" vermittelt das notwendige Fachwissen für das sichere Planen und Bauen von Passivhäusern. Neben den wesentlichen bauphysikalischen Grundlagen erklärt der Autor die grundsätzlichen Überlegungen beim Entwerfen sowie die konstruktiven und technischen Besonderheiten. Für Gebäudehülle und Gebäudetechnik werden verschiedene Varianten im Detail vorgestellt und verglichen, auch in Bezug auf Kosten und Einsparpotenziale. Praktische Bauleitungstipps und Fotos sensibilisieren für typische Fehlerquellen und helfen, Bauschäden sicher zu vermeiden. Darüber hinaus gibt das Fachbuch Hinweise zur Modernisierung von Bestandsgebäuden und zeigt, wie auch nachträglich Passivhaus-Standard erreicht werden kann. Anhand von typischen Fragen und Bedenken zur Passivhausbauweise liefert der Autor praktische Argumentationshilfen für Planer, Ausführende und Bauherren. Zahlreiche Beispielprojekte werden anschaulich und im Detail vorgestellt: mit Fotos, Grundrissen, Angaben zu Bauweisen und Gebäudetechnik. Die 3. Auflage wurde nach neuer EnEV, aktuellen Vorschriften und Normen komplett aktualisiert. Das Handbuch liefert jetzt noch mehr Ausführungsdetails zu besonderen Passivhauskonstruktionen und komplexen Anschlusslösungen. Darüber hinaus wurden die Themen Brandschutz und Nichtwohngebäude vertieft, die Gebäudetechnik komplett überarbeitet sowie zahlreiche neue Beispielprojekte aufgenommen. Neue Checklisten für die Planung, Gebäudetechnik, Bauleitung und Inbetriebnahme stehen zum Download bereit.

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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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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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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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Matthias Pahn, Dirk Bayer, Sven O. Krumke, Christian Caspari, Tillman Gauer, Dirk Miguel Schluppkotten, Michael Holzhauser, Torsten Weiler
Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3135
2019, 100 S., 64 Abb. u. 28 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung des Großdemonstrators Smallhouse IV. Hierbei wird ein Gebäudeenergiekonzept erarbeitet, welches die Gebäudemasse aktiv zur Wärmespeicherung heranzieht. Ähnlich wie in Solaraktivhäusern soll die gesamte Wärmebereitstellung mittels einem minimalen primärenergetischen Bezug gewährleistet werden. Hierfür soll jedoch die solare Wärme nicht in überdimensionalen Wasserspeichern, sondern in der vorhandenen Gebäudemasse gespeichert werden. Zu diesem Zweck werden thermisch aktivierte Betonfertigteile entwickelt, die neben ihren statischen Aufgaben auch die thermischen Funktionen Wärmedämmung, Wärmespeicherung und Temperierung übernehmen. Diese Bauteile werden als multifunktionale Betonfertigteile bezeichnet.

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Eva Schulze, Detlef Oesterreich, Karoline Dietel, Anja Wilbrandt
Sozialwissenschaftliche Evaluation des Modellprogramms Effizienzhaus Plus Standard. Abschlussbericht Teil I
Nutzerfreundlichkeit, Akzeptanz und Beeinflussbarkeit des Energieverbrauchs
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3112
2019, 122 S., 30 Abb. u. 2 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel der Begleitforschung war es herauszufinden, warum Bauherren ein Effizienzhaus Plus bauen und bewohnen, welche Erwartungen und Befürchtungen sie in Bezug darauf haben, wie sie das Funktionieren und die Steuerung der Haustechnik bewerten und welche Erfahrungen sie während der Umsetzung ihrer Gebäude gesammelt haben. Insgesamt zeigen die kontinuierliche Evaluation des Berliner Effizienzhauses Plus und die Ergebnisse aus den Befragungen des Netzwerks, dass das Wohnen in einem solchen Haus höchst komfortabel sein kann und keine Einbußen mit sich bringt. Das Leben in einem solchen Haus verschafft dem Energiethema große Präsenz im Alltag und kann den Ehrgeiz eines möglichst effizienten Ressourceneinsatzes im Haushalt fördern. Damit erweist sich dieses Energiekonzept für die Bauherren als alltagstaugliche Realisierung ihrer Hauptmotive: Energie einsparen, zum Umweltschutz beitragen und unabhängig von fossilen Energieträgern und ihrer Preisgestaltung sein.

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Eva Schulze, Karoline Dietel, Anne Engler
Sozialwissenschaftliche Evaluation des Modellprogramms Effizienzhaus Plus Standard. Abschlussbericht Teil II
Nutzerfreundlichkeit, Akzeptanz und Beeinflussbarkeit des Energieverbrauchs
Forschungsinitiative Zukunft Bau , Band F 3113
2019, 122 S., 50 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war es, Effizienzhäuser Plus auf ihre Nutzerfreundlichkeit für Bewohner zu untersuchen. Die sozialwissenschaftliche Evaluation ist wesentlicher Bestandteil für eine erfolgreiche Verbreitung des Effizienzhaus Plus Standards. Die Mieter der Effizienzhäuser Plus zeigen ein verstärktes Interesse am Energiesparen sowie ein erhöhtes Energieverbrauchsbewusstsein. So scheint es sich bei Bewohnern von Effizienzhäusern Plus mehrheitlich um ökologisch-energiebewusste Menschen zu handeln. Wesentliches Ergebnis ist die hohe Akzeptanz und Alltagstauglichkeit der Technik in den Effizienzhäusern Plus.

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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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Ressourcen- und klima­gerecht gebaut. Stadtwerke Neustadt in Holstein (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2019

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

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Paschko, Kerstin
Mehr als Mindestwärmeschutz. Nachträgliche Dämmung oberster Geschossdecken
Bauen plus, 2018

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Mittner, Eva
Umweltfreundlich Energie gewinnen. Hotel Mondschein nutzt die unerschöpfliche Energiequelle Erdwärme
Bauen plus, 2018

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Grewe, Rosa
Technik am Limit. Hightech-Schule und Lowtech-Kita? - Gebäudetechnik beim Bauen für Kinder
db Deutsche Bauzeitung, 2018

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Auswahlbibliografie
Werner Sobek

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