fondation kybernetik . Quartiersentwicklung Wolfsburg-Hellwinkel

Quartier entwicklung Wolfsburg Hellwinkel

FONDATION KYBERNETIK . QUARTIERSENTWICKLUNG WOLFSBURG-HELLWINKEL

Quartiersentwicklungsplan Wolfsburg-Hellwinkel Auftraggeber: Stadtverwaltung Wolfsburg Projektleitung: Städtebaulicher Entwurf: SMAQ architecture/urbanism/ reserach Sabine Müller, Prof. Andreas Quednau Kastanienallee 10, 10435 Berlin Ökologie und Klima: Atelier Dreiseitl Nussdorfer Straße 9, 88662 Überlingen Kybernetisches Konzept, Energiekonzepte, thermodynamische Simulationen: Prof. Günter Pfeifer Dipl.-Ing. Ruzica Mikolic Fondation Kybernetik Technische Universität Darmstadt Fachbereich Architektur El-Lissitzky-Str. 1, 64287 Darmstadt

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SONNENSTANDSSTUDIEN In der kybernetischen Struktur der Gebäude muss dafür gesorgt werden, dass solare Gewinne über Wand- oder Dachflächen realisiert werden können. Die im Folgenden abgebildeten Ergebnisse einer Sonnenstandsstudie zeigen die Verschattung der Gebäude im Quartier Hellwinkel untereinander innerhalb der maßgeblichen Jahres- und Tageszeiten. Da die topografische Struktur des Wohngebietes Hellwinkel mit dem nach Süden geneigten Gelände und den daraus resultierenden Gebäudevolumen gerade gegen die optimale Gebäudeausrichtung zur Sonne gerichtet ist, ist es wichtig, sich über die Verschattungen der unterschiedlichen Gebäudetypen Klarheit zu verschaffen. Als Lösungsansätze für stark verschattete Gebäude gibt es folgende Strategien: A) Die solaren Gewinne sollten über die Dachflächen mittels Dachkollektoren und der entsprechenden Verteilung der Luftströme erfolgen, da die Dachflächen geringeren Verschattungen ausgesetzt sind als die Fassadenflächen. B) Sollte dies anhand der thermodynamischen Simulation nicht ergiebig genug sein, bleibt die Möglichkeit der geothermischen Nutzung. C) Als weiterer Lösungsansatz besteht die Möglichkeit der gegenseitigen Unterstützung nach dem Prinzip der Hydrostatik (kommunizierende Röhren). Dazu müssen Strategien entwickelt werden, wie der nächststehende Partner so ausgestattet wird, dass er den „verschatteten“ Partner energetisch mitversorgen kann.

mit: Balck+Partner Facility Engineering Obere Neckarstraße 21, 69117 Heidelberg DipL.-Ing. Gerhard Kuder April 8 Uhr

April 12 Uhr

April 16 Uhr

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VERTIEFUNG: ENERGETISCHE POTENTIALE Bei der Planung der Wohnhoftypologie ist die Beachtung der unterschiedlichen Temperaturzonen notwendig. So bildet der Laubengang selbst eine Kaltzone, die je nach Behandlung der Fassade auch als thermische Pufferzone genutzt werden kann. Sinngemäß gilt das Gleiche für die Treppenhäuser. Die Loggien werden verglast, damit diese zu den Wärmegewinnen hinzugerechnet werden können. Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Sommer 8 Uhr Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Erdgeschoss 1:500

Erdgeschoss M 1:200 Fondation Kybernetik | Prof. Günter Pfeifer | Technische Universität Darmstadt | Fachbereich Architektur

GSEducationalVersion

Herbst 8 Uhr

Winter 8 Uhr

Schnitt 1:500

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Der Wohnhof besteht aus zwei L-Förmigen drei- bis viergeschossigen Baukörpern und beinhaltet verschiede Wohnformen: Geschosswohnungen und Maisonetten. Die Dachflächen werden als Grünflächen ausgewiesen. Wegen des hohen Fassadenanteils ist die thermische Nutzung der Dachflächen (Luftkollektoren) so marginal, dass sie ausgeschlossen wurden. Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Sommer 12 Uhr

2. Obergeschoss M 1:200

Erstes Obergeschoss 1:500

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Herbst 12 Uhr

Winter 12 Uhr

Typ Geschosswohnung 1:200

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DIE TyPOLOGIE DER FASSADE Die Fassadengestaltung sollte von einem ausgewogenen Verhältnis von Fensteröffnungen und geschlossenen Wandflächen bestimmt sein. Im Wohnungsbau ist eine vollständig verglaste Fassade ohnehin schwer zu realisieren. Bei einem Missverhältnis Fensterflächen zu Wandflächen droht eine Überwärmung der Räume im Sommer durch zu hohen Solareintrag. Als Fensterformate sind stehende Fensterformate - im Besten Fall geschosshohe - von Vorteil, weil sie die Sonne tief in den Raum eindringen lassen können. Dabei ist auf besonders geringe Sturzhöhen zu achten. Sommer 16 Uhr

ENERGIEGäRTEN / LOGGIAVERGLASUNGEN Die Systematik eines Kastenfensters kann auch auf die Ausbildung einer Loggia angewandt werden. Die Industrie bietet einfache Glas-Schiebesysteme an, welche für die unterschiedichen Bedingungen gut geeignet sind. Die Energieeinträge der geschlossenen Loggien sind in den thermodynamischen Simulationen berücksichtigt. Bei der Anordnung der Loggien sollte darauf geachtet werden, dass ausreichende Speichermassen vorhanden sind. Hier helfen eventuell massive Seitenwände oder auch ein entsprechender speicherfähiger Bodenaufbau (z.B. Betonboden). Entscheidend sind die Standortwahl dieses Raumes im Grundriss sowie die richtigen Raumproportionen. Zur Verbesserung der Thermik ist eine größere Raumhöhe eines Energiegartens von Vorteil. Sind alle diese Bedingungen auf ideale Weise erfüllt, ergibt sich ein besonderer Mehrzweckraum, der fast das ganze Jahr gut nutzbar ist.

Herbst 16 Uhr

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

GSEducationalVersion

Winter 16 Uhr

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

GSEducationalVersion

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Ansicht Süd 1:500

Ansicht Süd M 1:200

Ansicht Nord 1:500

A

DIE SySTEMATIk DER GRUNDRISSzONIERUNG

Erdgeschoss M 1:200

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2. Obergeschoss M 1:200

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In der energetischen Betrachtung des Gebäudetyps spielt die Zonierung im Grundriss eine entscheidende Rolle. Die Wirkung der Ausrichtung nach dem Sonnenstand wird meist unterschätzt. Die Zonierung der Grundrisse hat auch mit den Temperaturzonen im Gebäude selbst zu tun. Das innenliegende Treppenhaus benötigt keine Heizungsunterstützung, da es durch die umfassenden Nutzungen als eine entsprechende Pufferzone wirkt. Die Loggien werden mit einer zusätzlichen Verglasung ausgestattet und werden zum Energiegarten. Ein solcher mit einer beweglichen Klimahülle verschließbarer privater Aussenraum ist in den Übergangszonen Frühjahr und Herbst fast immer für jedwede Nutzung zu gebrauchen. Die Verglasung reguliert die Gebrauchsfähigkeit je nach Wetterlage und jahreszeitlichen Bedingungen; In der Sommerzeit wird bei geöffneter Fassade die Loggia als Außenraum genutzt, in der kalten Jahreszeit kann dieser Raum ebenfalls genutzt werden; sie weist jedoch andere Temperaturen auf und dient als energiesammelnde Pufferzone für die daran angrenzenden Räume.

GSEducationalVersion

1. Obergeschoss M 1:200

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3. Obergeschoss M 1:200

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1. Obergeschoss

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3. Obergeschoss GSEducationalVersion

EXEMPLARISCHE zONIERUNG

Unterscheidung durch Beheizung, Nutzungsprofi l, Größe/Volumen und Ausrichtung. Wohnraum (beheizt) Treppenhaus (unbeheizt)

Erdgeschoss 1:500 Energetische Zonierung

2. Obergeschoss 1:500 Energetische Zonierung

GSEducationalVersion

Abstellräume (unbeheizt mit geringen Luftwechseln)

GSEducationalVersion

Laubengang (Kaltraum)

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Energiegarten (Kaltraum)

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

Wolfsburg - Hellwinkel Typ Wohnhof

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Die Wandaufbauten Des Wohnhofes Bei den vorliegenden thermodynamischen Betrachtungen werden einzelne Wandaufbauten der Außenwand miteinander verglichen. Dabei werden möglichst monolithische Wandaufbauten gewählt, die aus verschiedenen Arten von Steinmaterialien bestehen. Wenn die Energiekennzahlen miteinander verglichen werden, stellt sich heraus, dass schon bei einschaligen Wandaufbauten mit entsprechenden U-Werten die Energiekennzahlen weit unter der Energieeinsparverordnung liegen. Die zweischaligen Wandaufbauten sind für das Sammeln der solaren Energien ausgelegt. Das geschieht mit einer transparenten bzw. transluzenten Außenschicht, die mit verschiedenen Materialien ausgeführt werden kann. Für die transulzenten Materialien ist darauf zu achten, dass diese einen entsprechenden U-Wert aufweisen. Transluzente Materialien sind Glas in verschiedenen Dicken-, Isolierstärken und Beschichtungen, Profilbauglas ebenfalls in veschiedenen Ausführungsarten (ein- und zweiteilig), sowie Polycarbonatplatten in unterschiedlichen Stärken und U-Werten.

Einschaliger Wandaufbau:

Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten

Thermische Hülle:

Massivwand ohne Dämmung

Geschlossener Laubengang; Energiegärten (Loggien verglast)

Kalkputz KLB Planblock SW1 Gipsputz

40 cm

2 cm 36,5 cm 1,5 cm

19,01 kwh/m²a ,5 36

Typ mitMassivwand ohne Dämmung

cm

Kalkputz KLB PlanblockSW 1; U = 0,25 W/m²K Gipsputz

2 cm 36,5 cm 1,5 cm

Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten

Thermische Hülle:

massivwand ohne däMMung

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Geschlossener Laubengang; Energiegärten (Loggien verglast)

Kalkputz KLB Planblock SW1 Gipsputz 17,84 kwh/m²a ,5 42

Typ mitMassivwand ohne Dämmung

cm

Kalkputz KLB PlanblockSW 1; U = 0,23 W/m²K Gipsputz

2 cm 42,5 cm 1,5 cm

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46 cm

2 cm 42,5 cm 1,5 cm

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Zweischaliger Wandaufbau:

Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten

Thermische Hülle:

Massivwand und PoLycarbonaThülle (oder andere Transluzent hüLLe)

Geschlossener Laubengang; Energiegärten (Loggien verglast)

Polycarbonat Luftschicht KLB Planblock SW 1 Gipsputz

Wärmegewinne/ -verluste

37,5 cM

4 cm 8 cm 24 cm 1,5 cm

18,98 kwh/m²a

Heizwärmebedarf

cm 24 48

Typ mitMassivwand und

Polycarbonat(oder anderer Kälteenergiebedarf transparenterHülle)

Polycarbonat Luftschicht KLB Schalungsstein Gipsputz

2 cm 8 cm 24 cm 1,5 cm

Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten

Massivwand und PoLycarbonaThülle

Heizung / Kühlung ThermischeBetriebsstunden Hülle:

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GSEducationalVersion

Thermodynamische Simulationen

(oder andere Transluzent hüLLe), Variante mit Dachluftkollektor

Geschlossener Laubengang; Lichtenergiebedarf Energiegärten (Loggien verglast)

Polycarbonat Luftschicht KLB Planblock SW 1 Gipsputz

Raumtemperaturen

Ertrag Solarkollektor

48

Wolfsburg - Hellwinke l Wandaufbauten Typ mitMassivwand und

Polycarbonat(oder anderer Transportierte Luftmenge transparenterHülle)

Thermische Hülle:

Polycarbonat Luftschicht KLB Schalungsstein Gipsputz

cm 24

37,5 CM

4 cm 8 cm 24 cm 1,5 cm

17,13 kwh/m²a

2 cm 8 cm 24 cm 1,5 cm

Massivwand und PoLycarbonaThülle

FondationKybernetik| Prof. Günter Pfeifer| Technische UniversitätDarmstadt| Fachbereich Architektur GSEducationalVersion

Geschlossener Laubengang; Energiegärten (Loggien verglast)

(oder andere Transluzent hüLLe), Variante mit LüfTungsgeräT zur wärMerückgewinnung (WRG)

Polycarbonat Luftschicht KLB Planblock SW1 Gipsputz 12,88 kwh/m²a  Detailaxonometrie - Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung M 1:100 Fondation Kybernetik | Prof. Günter Pfeifer | Technische Universität Darmstadt | Fachbereich Architektur GSEducationalVersion

37,5 cM

4 cm 8 cm 24 cm 1,5 cm

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SIMULATIONSERGEbNISSE TyPOLOGIE WOHNHOF EINE GEGENübERSTELLUNG

Thermische Hülle:

Thermische Hülle:

Offener Laubengang; Loggien nicht verglast

Geschlossener Laubengang; Energiegärten (Loggien verglast) Wolfsburg - Hellwinke l Wandaufbauten

Wolfsburg- Hellwinkel Wandaufbauten

,5 36

Typ mitMassivwand ohne Dämmung

cm

Kalkputz KLB PlanblockSW 1; U = 0,25 W/m²K Gipsputz

2 cm 36,5 cm 1,5 cm

Detailaxonometrie - Lüftungsgerät mit Wärmerückgewinnung M 1:100

VARIANTE 1 FondationKybernetik| Prof. Günter Pfeifer| Technische UniversitätDarmstadt| Fachbereich Architektur

VARIANTE 11

Fondation Kybernetik | Prof. Günter Pfeifer | Technische Universität Darmstadt | Fachbereich Architektur

GSEducationalVersion

GSEducationalVersion

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Nach DIN  wird hierbei Nutzenergiebedarf ausgewiesen (zzgl. Erzeuger- und Leitungsverluste (soweit sie nicht der Zone zugute kommen). Die TWWBereitung ist nicht enthalten.

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Massivwand ohne Dämmung 4 cm

Wärmerückgewinnung mit bester Polyvariante

24,40 kWh/m²a

12,88 kWh/m²a

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