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Concept for Combining LCA and Hazardous Building Material Assessment for Decision Support Using BIM
(2022)
AbstractThe construction and building sector is responsible for a large part of the world’s resource and energy consumption and is considered the largest global emitter of greenhouse gas (GHG) emissions. Hazardous and toxic substances in building materials affect indoor air quality as well as the environment and thus have a high impact on human health, as we spend around 90 percent of our lives in buildings. Life cycle assessment (LCA) and hazardous building material requirements of green building certification systems allow to reduce the environmental and health impacts of building products and materials. However, they are usually very complex and time-consuming to perform and require expert knowledge to use the results for decision support. Digital approaches to support the simplified application of these methods and intuitive visualization of results are becoming increasingly important. Especially Building Information Modeling (BIM) offers a high potential for this purpose, as the integration and linking of geometric and semantic information in 3D-models for LCA and hazardous building material assessment can be done much more efficiently and intuitively. Within the scope of this work, the following three objectives were pursued (1) development of a method for combining LCA and hazardous building material assessment, (2) simplification of the results by converting them into comprehensible indicators for decision support, and (3) implementation of the method in a BIM-based digital assistant for intuitive visualization and communication. The preliminary results show a concept for combined use of LCA and hazardous building material assessment in Germany with differentiation in six use cases. A prototypical implementation as BIM-integrated digital assistant was developed for one of these use cases. For the first time, this prototype provides understandable feedback in real time of LCA and hazardous building material requirements. This research project contributes to the awareness in the context of embodied impacts and low emitting materials in buildings and advances the current digitalization potentials.
Wärme‐ und Kältespeicher von Gebäuden beruhen auf verschiedenen Konzepten der Wärmeübertragung. Bei thermischen Hybridspeichern befindet sich das Phasen-wechselmaterial (PCM) makroverkapselt in PCM‐Objekten, die im Speicherbehälter positioniert sind und vom Wärmeträgerfluid umströmt werden. Die experimentellen Untersuchungen widmen sich den Belade‐ und Entladeeigenschaften des in Kugeln makroverkapselten PCM. Es wird gezeigt, dass die spezifische Wärmeübertragungs-leistung eines Hybridspeichers unmittelbar von der Größe der Kugeln als auch von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des PCM abhängt.
Bei Gebäuden mit zentraler Wärmeerzeugung treten im Verteilsystem Wärmeverluste auf. Insbesondere bei zirkulierenden Trinkwarmwassersystemen, aber auch bei Heizungsanlagen können diese Verteilverluste einen hohen Anteil am Gesamtwärmeverbrauch ausmachen und somit relevant für die Energieeffizienz einer Anlage sein. Die Ansätze und Angaben zur Quantifizierung der Verteilverluste in den relevanten Regelwerken weichen teils deutlich von Angaben in der Fachliteratur und den wenigen vorliegenden Fallbeispielen ab. Die vorliegende Masterarbeit behandelt das Thema anhand der Analyse eines Fallbeispiels. Das untersuchte Objekt ist ein Mehrfamilienhaus mit einer Zweileiterinstallation. Dabei handelt es sich um ein System, welches die Wärmeversorgung für Heizung und Trinkwasser kombiniert. Durch Vergleich der Wärmemengenzähler in Wohnungen und Heizungskeller sind in der Vergangenheit Verteilverluste von 16,5 kWh/m²a aufgefallen, was 28 Prozent des gesamten Verbrauchs ausmacht.Im Rahmen der Falluntersuchung werden die Verteilverluste der Anlage über eine umfangreiche Datenaufnahme und mithilfe thermodynamischer Berechnungen bestimmt und mit den Zählerdaten abgeglichen. Dieser Berechnung nach betragen die Verteilverluste 14,7 kWh/m²a, wovon die Leitungsverluste den größten Anteil ausmachen. Zur Prüfung der Ansätze der Regelwerke werden diese auf das Objekt angewendet. Eine Vergleichbarkeit ist wegen abweichender Rahmenbedingungen nur bedingt gegeben. Die anhand der Normen ermittelten Werte liegen zum Teil in der Größenordnung der thermodynamischen Berechnung, teils auch deutlich darunter. Der Abgleich mit den Zählerdaten dient auch der Prüfung der thermodynamischen Berechnung. Auf diese Weise sollen fundierte und detaillierte Aussagen über den Einfluss einzelner Parameter und Komponenten des Systems ermöglicht werden. Darüber hinaus ermöglicht es die thermodynamische Berechnung, das Potenzial verschiedener Reduktionsmaßnahmen zu quantifizieren. Hier zeigt sich, dass ein Absenken der Vorlauftemperatur im Fallbeispiel eine effektive Maßnahme darstellt. Beispielsweise bewirkt die Absenkung der Vorlauftemperatur um 5 Kelvin im Fallbeispiel eine Reduktion der Leitungsverluste um circa 16 Prozent, respektive einen um circa 3 Prozent verringerten Gesamtverbrauch. Die ebenfalls modellierte Dämmung der Installationsschächte hingegen lässt bei ungleich höherem Aufwand geringere Einsparungen erwarten. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten, dass im Untersuchungsobjekt der spezielle Fall eines Zweileitersystems vorliegt. Dennoch können auf Basis der Untersuchung auch allgemeine Erkenntnisse über Verteilverluste gewonnen und Einschätzungen über die normativen Angaben abgeleitet werden. Darüber hinaus wird im Rahmen eines Exkurses die thermische Situation im Installationsschacht einer genaueren Betrachtung unterzogen. Diese ist von Interesse, da die Wärmeverluste hier Einfluss auf Fragen der technischen Hygiene und des sommerlichen Wärmeschutzes ausüben.
Energiesprong (niederländisch für Energiesprung) ist ein innovatives Konzept für die energetische Sanierung von Wohngebäuden, das schnelle Umsetzung, Kostenreduktion, Nachhaltigkeit und Mieterfreundlichkeit verspricht. Energiesprong setzt auf industrielle Vorfertigung von Fassaden- und Dachelementen (serielle Sanierung) und den Einsatz von regenerativen Energien, um den sogenannten NetZero-Standard (entspricht dem Nullenergiehaus) zu erreichen. Ziel ist es, eine für alle Beteiligten attraktive Sanierung zu ermöglichen. Dies wird unter anderem über erheblich verkürzte Montagezeiten und warmmietenneutrale Refinanzierung angestrebt. Die dafür erforderlichen Kostensenkungen werden beim seriellen Sanieren durch die Automatisierung in der Produktion und Skaleneffekte in der Massenfertigung erreicht.
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Konzept Energiesprong hinsichtlich der Anwendung auf Mehrfamilienhäuser betrachtet und kritisch hinterfragt werden. Dazu werden zuvorderst die politischen und praktischen Gründe umrissen, die die Notwendigkeit und das Potenzial von innovativen Ansätzen darstellen. Im zweiten Kapitel wird das Energiesprong-Konzept detailliert erläutert; neben den Innovationen im Plan und Bauverfahren werden die Besonderheiten der Gebäudehülle, der Anlagentechnik und des Energiekonzepts beschrieben. Darüber hinaus werden wirtschaftliche Aspekte und die Rolle der verschiedenen Akteure umrissen. Aus der Beschreibung gehen eine Vielzahl an Vorteilen hervor, die Energiesprong gegenüber konventionellen Sanierungsverfahren verspricht. Anschließend werden einige Punkte dieser zentralen Versprechen diskutiert und eine Grundlage für die Entwicklung von Kriterien zukünftiger Evaluationen entwickelt.
Die Bundesregierung hat sich verpflichtet, die Treibhausgasemissionen in den nächsten Jahren stark zu senken. Potentiale hierfür werden besonders im Gebäudesektor gesehen, da dieser einen hohen Anteil des Endenergieverbrauchs verursacht. Bisher lagen für den Gebäudetypus der „Theaterspielstätte“ im Gegensatz zu anderen Gebäudetypologien weder energetische Kennwerte noch Daten zum Raumkomfort vor. Im Rahmen einer deutschlandweiten Querschnittserhebung in 13 Theaterspielstätten über den Zeitraum von drei Wochen wurden sowohl Energieverbräuche mittels zerstörungsfrei
installierter Messsensoren als auch Daten zum Raumkomfort durch den Einsatz eines Messtorsos auf Nutzerebene sowie
einer parallelen Nutzerbefragung erfasst, ausgewertet und analysiert. Anhand dieser Daten wurden charakteristische Kennwerte gebildet und ein Benchmarking erstellt. Darüber hinaus konnte der Energieverbrauch mittels TEK-Tool rechnerisch auf Nutzungszonen und Gewerke verteilt werden, sodass ein Verständnis für die Struktur des Energieverbrauchs in Theaterspielstätten entwickelt wurde, auf Basis dessen die Abschätzung energetischer Einsparpotentiale möglich ist.
Außerdem wurde durch ein einjähriges Intensivmonitoring im sanierten Scharoun Theater Wolfsburg exemplarisch das Einsparpotential durch Gebäudesanierungen und Anlagenoptimierungen von Theaterspielstätten messtechnisch erforscht. Die gemessenen Daten wurden dem Energieverbrauch vor der Sanierung sowie den Sanierungszielen gegenübergestellt und ebenso gegenüber den Kennwerten aus der Querschnittserhebung eingeordnet.
Die Erkenntnisse über die Nutzungs- und Energieverbrauchsstruktur in Theaterspielstätten können zukünftig angewendet werden, um Energieverbräuche rechnerisch besser ermitteln zu können und um Ansatzpunkte zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu identifizieren.
Untersuchung des Verhaltens von Coriolis Massemessern in einer modulierten Zweiphasenströmung
(1999)
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde, in Zusammenarbeit mit der Fa. Endress & Hauser, ein neuer Versuchsstand zur Durchflussmessung mittels Coriolismassemessgeräten aufgebaut und in Betrieb genommen. Des Weiteren wurde das Verhalten der Messgeräte in einer Zwei-Phasen-Strömung ( Wasser/Luft ) hinsichtlich ihrer Genauigkeit, bei kontrollierter Eindüsung verschiedener Luftvolumina und Massenströmen untersucht.
Analytisches Berechnungsmodell ohne empirische Exponentenansätze : Rauchentwicklung bei Bränden
(2002)
Es wird ein analytisches Berechnungsmodell zur Rauchentwicklung über einem Brandherd vorgestellt, das auf der Annahme der Wärme- und Impulserhaltung in der aufsteigenden Rauchsäule basiert, sowie der Kenntnis des Ausbreitungswinkels. Beobachtungen zufolge beträgt der halbe Ausbreitungswinkel etwa 7° bis 8°. Ein Vorteil des Modells gegenüber anderen, meist empirischen "PLume-Formeln" liegt darin, dass erstmals die drei wichtigsten Einflussparameter der Brandrauchausbreitung (Wärmefreisetzungsrate, Brandfläche, Raumhöhe) gemeinsam berücksichtigt werden und es keine versuchsbedingten Gültigkeitsgrenzen gibt.