27 Oktober 2022
Tom Sutherland, Senior Consultant
Hightech scheint oft die einzige Lösung zu sein, wenn es um steigende Stromkosten und den Netto Null Wettlauf geht. Es ist jedoch wichtig, die grundlegenden Gründe für den Energieverbrauch von Gebäuden zu verstehen, um den Energieverbrauch bestehender Gebäude zu senken und energieeffizientere neue Gebäude zu entwickeln. Wie in dem Artikel „Energieeffizienz: The unsung hero of Net Zero Carbon“ von Anneli Tostar, Laure Ferrand, Tessa Lee und LeAnna Roaf beschrieben wird, ist die Senkung des Verbrauchs durch Energieeffizienzmaßnahmen ein wesentlicher Schritt zur Erreichung von Netto Null.
Angesichts der anhaltenden Auswirkungen des Klimawandels besteht ein zusätzlicher Bedarf, widerstandsfähige Gebäude zu entwerfen, die auch in 30 oder 50 Jahren noch funktionieren. Steigende Temperaturen werden die Belastung für unsere Kühlsysteme erhöhen und den Bedarf an passiven Lösungen steigern. Passive Lösungen versteht man Faktoren, die bereits vorhanden sind und genutzt werden können, wie natürliche Belüftung, Tageslicht, Außenbeschattung und passive Wärmegewinne.
Beibehaltung einer gewünschten Umgebung
Die Schaffung eines Innenraums, der das menschliche Wohlbefinden fördert und auf die Nutzung des Gebäudes zugeschnitten ist, erfordert, dass bereits vorhandene natürliche Gegebenheiten aufgriffen und ergänzt werden.
Wenn ein Gebäude so gestaltet ist, dass man sich darin wohlfühlt, ist man sich nicht unbedingt bewusst, warum es so ist. Wenn man sich jedoch in einem ungemütlichen Raum befindet, ist die Ursache dafür viel offensichtlicher. Hier sind die Gründe:
- Der Raum ist entweder drückend warm und stickig oder so kalt, dass man eine Gänsehaut bekommt.
- Es könnte ein unangenehmer Geruch herrschen, z. B. nach Reinigungschemikalien oder Schimmel.
- Es könnte dunkel und schmuddelig sein, oder die Blendung durch die Sonne am Fenster könnte Sie zu bestimmten Tageszeiten blenden.
Ganz gleich, warum Sie die Umgebung als unangenehm empfinden, Sie werden sich wünschen, dass der Raum besser gestaltet oder betrieben würde. Unser Ziel muss es sein, Räume zu schaffen, in denen man sich gerne aufhält, und zwar auf möglichst nachhaltige Weise.
Heizung und Kühlung
Thermische Behaglichkeit lässt sich nicht mit einer Einheitslösung effizient erreichen. Je nach Standort und Jahreszeit kann die Situation sehr unterschiedlich sein, sodass für jedes Gebäude ein individueller Ansatz gewählt werden muss. Das bedeutet jedoch nicht, dass die grundlegenden Prinzipien nicht universell sind – das sind sie sehr wohl.
Bevor man versucht, die Temperatur mit Hilfe von Heiz- und Kühlsystemen zu regulieren, sollte man sich die bereits vorhandenen Formen des Wärmegewinns/-verlusts zunutze machen. Im Allgemeinen lassen sich diese für ein Gebäude einer der folgenden Arten zuordnen:
- Interner Wärmegewinn: Abwärme, die von Objekten innerhalb des Raums erzeugt wird, z. B. von Personen, Lampen, Elektro- und Kochgeräten.
- Solare Gewinne: Wärme, die als Teil des Sonnenlichts, das durch die Fenster eindringt, übertragen wird.
- Konduktion: Durch Wände, Fenster, Türen, Fußböden und Dächer übertragene Wärme durch Wärmeleitung.
- Belüftung: Wärme, die beim Luftaustausch zwischen innen und außen übertragen wird.
Jeder der oben genannten Aspekte ist wichtig, um die gewünschten thermischen Bedingungen zu erreichen. Sie sollten jedoch als Ganzes betrachtet werden, als Teil einer ganzheitlichen Planungsstrategie, damit ein einzelner Aspekt nicht dem Ziel zuwiderläuft (ein gut gedämmtes, aber „undichtes“ Gebäude wird beispielsweise in kälteren Perioden immer noch erhebliche Wärmemengen verlieren). Konstruktionsstandards wie das Passivhaus basieren auf diesem Konzept der ganzheitlichen passiven Bauweise, wobei eine optimierte Konstruktion zu einem minimalen Heiz- und Kühlbedarf führen kann.
Der Mensch ist in der Lage, sich an unterschiedliche Temperaturen anzupassen, aber nur, wenn die Veränderung schrittweise erfolgt. Wenn man sich zu sehr auf mechanisches Heizen oder Kühlen verlässt, hat der Körper keine Chance, sich an die Außentemperatur anzupassen, und man erlebt einen unangenehmen Schock, wenn man ein Gebäude verlässt oder betritt.
Erst wenn die oben genannten Elemente im Zusammenhang mit einem bestimmten Gebäude und einer bestimmten Nutzung verstanden wurden, sollten mechanische Heiz- oder Kühlstrategien eingesetzt werden. In einem typischen britischen Büro können passive Maßnahmen zum Heizen und Kühlen den Gesamtenergieverbrauch um mehr als 60 % senken.
Mechanische Belüftung
Die Zufuhr von Frischluft in Innenräumen ist für das Wohlbefinden der Bewohner von entscheidender Bedeutung. Mangelnde Belüftung führt zu einer Anhäufung schädlicher Schadstoffe in der Luft wie CO2, Feinstaub und TVOC (toxische flüchtige organische Verbindungen). Die Menge dieser Schadstoffe kann zwar durch die Minimierung ihrer Quellen (z. B. Farben und Reinigungsmittel für TVOCs) verringert werden, aber es wird immer notwendig sein, die Luft zu erfrischen. Um den Energieverbrauch zu senken, ist es daher wichtig, die Frischluftzufuhr so effizient wie möglich zu gestalten.
Die Verwendung von Fenstern, die sich öffnen lassen, kann dies gewährleisten und bietet zudem den Vorteil der freien Kühlung, obwohl bei der Planung berücksichtigt werden muss, wann es draußen zu heiß ist und ob es Probleme mit Lärm oder Luftqualität gibt. Die richtige Dimensionierung von Ventilatoren und Kanälen sowie die Begrenzung der Lüftungsrate auf ein optimales Niveau je nach Nutzung des Raums ermöglichen es, den Energieverbrauch der Ventilatoren zu minimieren, wenn eine mechanische Lüftung erforderlich ist. In einem typischen britischen Büro kann der Gesamtenergieverbrauch durch passive Maßnahmen im Zusammenhang mit der Belüftung um mehr als 25 % gesenkt werden (Link).
Beleuchtung
Um das für das Wohlbefinden der Mitarbeiter erforderliche Lichtniveau zu erreichen, muss die Verfügbarkeit von Tageslicht maximiert und dann durch eine effiziente und maßgeschneiderte künstliche Beleuchtung ergänzt werden. Die Tageslichtmenge variiert je nach Standort und Jahreszeit erheblich; das bedeutet, dass die Beleuchtungsplanung gut durchdacht sein muss, um die Bedürfnisse der Bewohner zu erfüllen. Außen- und Innenbeschattungen sollten eingesetzt werden, um Blendung zu vermeiden und unerwünschte Sonneneinstrahlung zu reduzieren.
Die Verglasungsflächen sollten so gestaltet werden, dass sie das Tageslicht maximieren und gleichzeitig das Risiko von Überhitzung und Wärmeverlusten minimieren. Eine möglichst hohe Verglasung an der Fassade ermöglicht einen maximalen Tageslichteinfall, während eine niedrige Verglasung die Sonneneinstrahlung erhöht, ohne einen großen Nutzen für das Tageslicht zu bringen (das Gebäude wird zu heiß und ist dennoch dunkel). Künstliche Beleuchtung sollte erst dann in Betracht gezogen werden, wenn das natürliche Tageslicht vollständig genutzt wurde. Effiziente LEDs sollten verwendet werden, um ein optimales Lichtniveau entsprechend den Nutzungsanforderungen des Raumes zu gewährleisten, wobei tageslicht- und belegungsabhängige Steuerungen die Reduzierung unnötigen Energieverbrauchs ermöglichen. In einem typischen britischen Büro kann der Gesamtenergieverbrauch durch passive Maßnahmen im Zusammenhang mit der Beleuchtung um mehr als 40 % gesenkt werden (Link).
Zurück zu Net Zero
In Anbetracht der aktuellen globalen Herausforderungen ist es wichtig, dass unsere Gebäude so konzipiert sind, dass sie Energie so effizient wie möglich nutzen. Wie wir gesehen haben, können erhebliche Energieeinsparungen allein durch passive Maßnahmen erzielt werden, und diese Grundsätze gelten für alle Gebäudetypen. Diese Energieeinsparungen sind oft bedeutender als die, die allein durch Hightech-Maßnahmen wie Wärmepumpen erreicht werden können. Obwohl beides notwendig ist, sollten passive Maßnahmen Vorrang haben und frühzeitig in die Gebäudeplanung integriert werden, um den Bedarf an mechanischen Systemen zu verringern. Abgesehen von der Verringerung des unnötigen Energieverbrauchs sorgt die Gestaltung unserer Gebäude im Einklang mit der äußeren Umgebung für eine Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit, die auch bei künftigen klimatischen Veränderungen erhalten bleibt. Die Einbeziehung eines gründlichen Verständnisses der grundlegenden Verhaltensweisen unserer Gebäude in eine Entwurfsstrategie senkt die Energierechnungen, unterstützt die Ausrichtung auf Net Zero und schafft Widerstandsfähigkeit gegen den Klimawandel.
Nachhaltiges Design
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