Im Rahmen einer energie- und ressourcenschonenden Quartiersentwicklung und -erneuerung steht die Weiterentwicklung von Planungsmethodik, Prozessqualität und Instrumenten im Vordergrund. Die Optimierungspotentiale großer Gebäudebestände werden exemplarisch in Bezug auf Sanierungspotentiale der Gebäudehülle und Energiesysteme und deren Synergien analysiert. Mittels einer Erweiterung des Betrachtungsperimeters vom Einzelgebäude auf das Stadtquartier kann so die CO2-Reduktion des Clusters bewertet werden.

Anhand des Gebäudebestands der Universität Weimar im Stadtgebiet Weimar sollen exemplarisch die Optimierungspotentiale großer Gebäudebestände in Bezug auf Sanierungspotentiale der Gebäude und Energiesysteme analysiert werden. Der Gebäudebestand der Universität Weimar ist ein prototypisches Beispiel großer Gebäudebestände mit einer besonderen Lage in der Altstadt Weimars Richtung Südstadt. Zudem sind 5 der 32 Gebäude Bestandteil des UNESCO Weltkulturerbes und damit von den herkömmlichen energetischen Sanierungsmaßnahmen ausgenommen. Die Universitätsbauten sind eingebettet in nutzungsgemischte Bebauungen differenzierter Bauperioden; der größte Anteil wird zurzeit für Wohnflächen und Kleingewerbe bzw. Verkaufsflächen im Erdgeschossbereich genutzt. Die Besonderheit am gewählten Stadtteil ist die Beibehaltung der universitären Nutzung und deren direkte Verflechtung mit Leben und Arbeiten als Bestandteil eines heterogenen Quartiers.

Mittels einer Erweiterung des Betrachtungsperimeters auf das Stadtquartier, statt wie bisher hauptsächlich des Einzelgebäudes, kann so die CO2-Reduktion des Clusters bewertet werden. Dies erlaubt die Integration energetischer Parameter, die bisher in Einzelgebäudesanierungen nicht analysiert wurden, wie die Nutzung von Synergien, die aus unterschiedlichen Gebäudefunktionen und den jeweiligen Lastprofilen entstehen, und die Integration von „Prosumenten“ innerhalb der Nachbarschaften. Hiermit soll vor allem untersucht werden, bis zu welchem Grad sich der Anteil des Gebäudebestands, der nur mit sehr hohem Aufwand energetisch zu sanieren ist, u.a. denkmalgeschützte Gebäude, durch Neubau- und Konversionsprojekte innerhalb des Clusters im Rahmen der CO2-Bilanz ausbalancieren lässt. Der Gebäudebestand der Universität Weimar dient dabei als Pilotstudie mit Modellwirkung für die Entwicklung und Anwendung der Methodologie bundesweit.

Fördermittelgeber:
DBU Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Projektlaufzeit:
11/2017 - 10/2020

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Conrad Völker, Professur Bauphysik, Bauhaus-Universität Weimar / Prof. Anja Willmann

 

Das transdisziplinäre Projekt InduCity nutzte die Analyse von Gebäude- und Stadtdaten für die Entwicklung eines neuartigen, abstrakten stadtenergetischen Modells durch das Erheben lokaler Energiepotenziale für die Umgestaltung eines gemischt funktionalen Stadtquartiers, die Identifizierung und Evaluierung infrastruktureller und Gebäudesanierungsmaßnahmen unter der Prämisse der Schweizer 2000-Watt-Gesellschaft.

In diesem Zusammenhang fungierte das Siemens-Areal in Zug als Fallstudie und bot Einblicke in die Perspektiven wie auch Hindernisse der Umsetzung der 2000 Watt/1 Tonne CO2-Gesellschaft in Industriegebieten. Die Herausforderung lag in der Umwandlung einer ehemaligen Industriefläche in ein heterogenes Stadtquartier unter Beibehaltung der momentanen Produktion auf dem Grundstück. Das A/S Forschungsteam konzentrierte sich auf die Erfassung der Grundstücksenergie und Systemdaten, die Analyse der erneuerbaren Energiepotenziale und die Erforschung optimaler Sanierungsstrategien, die sowohl das städtische Energiesystem als auch die Gebäudesanierung betrachten.

Unter Verwendung von Ko-Simulation wurden städtische Energiesysteme simuliert; beide Ergebnisse wurden genutzt, um Stadtentwicklungsstrategien zusammen mit Aspekten der Mobilität und der Produktionsprozesse vor Ort zu definieren. Als Teil des Forschungsprojekts und der dazugehörigen Summer School wurden verschiedene Szenarien der Stadtentwicklung und –gestaltung ausgelotet. Diese unterstützten die Feststellung erheblicher Auswirkungen auf die Gemeinschaft und vermittelten damit übertragbare Methodologien, die in ein neues schnelles Stadtplanungs- und –simulationswerkzeug ‘City Lifecycle Manager’ (CLM) für Modellierung, Berechnung und Visualisierung integriert wurden. CLM wurde in Zusammenarbeit mit Siemens Corporate Research entwickelt. Damit stellt das Industriegebiet Zug eine Pilotstudie für die Entwicklung und Anwendung von Beratungssoftware bei der Stadtteilerneuerung dar.

Zeitraum: 2013-2014

Hochschule: ETH Zürich, Professur Architektur und Gebäudesysteme

Finanzierung: Kommission für Technologie und Innovation (KTI)

Projektpartner: Prof. Dr. R. Scholz, Dr. Michael Stauffacher (USYS, IED, NSSI), ETH Zurich / Prof. C. Wirz, UMTEC, WERZ Zug, FH Rapperswil / Siemens Building Technologies, Zug / Siemens Corporate Research, Princeton

 

Glattalstadt war eine raum- und stadtplanerische Studie über den Großraum Zürich, motiviert durch die zu erwartende Bevölkerungsentwicklung und die damit verbundene, zu erwartende Zersiedlung. Die Architektengruppe Krokodil hat das Glattal als geeigneten Ort identifiziert, über eine gesteuerte Entwicklung und Erweiterung des Stadtraumes nachzudenken. Für uns war es eine hervorragende Aufgabe und Herausforderung, Möglichkeiten einer postfossilen Stadt zu untersuchen und zu überlegen, welche Auswirkungen ihre dezentrale Erzeugung und Nutzung in einer neuen Stadt haben könnten.

Die Grundidee der Studie war es, zwischen Uster und Kloten eine Stadt aufzuspannen, die bestehende Gemeinden und Gebäude mit neuen Strukturen verbindet, um so eine durchgängige und dichte Stadtstruktur für um die 400.000 Menschen zu entwickeln. Damit beruht das Konzept auf der Idee des Weiterbauens, auf der Kombination von Alt und Neu. Die Stadt ist in 12 Quartiere aufgeteilt, die einen Bezug zu den bestehenden Gemeinden herstellt, auch wenn sie nicht deckungsgleich sind.

Aus energetischer Sicht waren für uns sowohl die Mischung von alt und neu wie auch die verschiedenen lokalen Identitäten interessant, die gleichermaßen für den Städtebau relevant sind. Im Hinblick auf die Raumplanung stellte sich die Frage nach den lokalen Potentialen für die Nutzung erneuerbarer Energiequellen: Welche stehen zur Verfügung? Wie hoch ist deren Potential, qualitativ und quantitativ? Wie kann die Nutzung der identifizierten Quellen zur räumlichen Identitätsstiftung beitragen? Wie beeinflusst Energie ein stadtplanerisches Konzept?

Zeitraum: 2012

Hochschule: ETH Zürich, Professur Architektur und Gebäudesysteme

Projektpartner: Architektengruppe Krokodil (pool Architekten, Boltshauser Architekten, EM2N, Frank Zierau, Schweingruber Zulauf Landschaftsarchitekten)  

Publikation: Schlueter, Arno and Anja Willmann. "Stadt der Netze - Energie" in: Glatt!: Manifest für eine Stadt im Werden. Zurich: Park Books, 2012.

 

SPACERGY gründet auf der Notwendigkeit, dass Planungsbehörden neue Integrationsmodelle für ‘prosumers’ und intelligente Mobilität umsetzen, indem ihre Wechselwirkungen in zukünftigen Urbanisierungsmustern genutzt werden. Einige Strategien wurden auf Landesebene entwickelt aber effektive, praxisorientierte Umsetzungshilfen fehlen. SPACERGY konzentriert sich auf die Rolle optimierter Mobilität, räumlicher Morphologien, infrastruktureller Elemente und lokaler, gemeinschaftlicher Partizipation in Bezug auf die intelligente Nutzung lokaler Ressourcen. Das Projekt befasst sich mit der Wissenslücke hinsichtlich der Interaktionen und Synergien zwischen räumlicher Funktionsanordnung, Planung der Energie- und Mobilitätssysteme und die Einbeziehung von Interessensgruppen, die für die Verbesserung der Stadtentwicklungsmodelle und die Steuerung urbaner Transformationen wesentlich sind.

Auf Basis einer detaillierten Modellierung der räumlichen Morphologie und des Energieverbrauchs wird SPACERGY neue Werkzeuge und Richtlinien entwickeln, die für die weiterführende Umsetzung energieeffizienter Entwicklungsformen notwendig sind. Die neuen Werkzeuge werden in drei urbanen Entwicklungsgebieten in den Städten Zürich, Almere und Bergen getestet und mithilfe von Aktionsforschung in Brescia verifiziert. Diese Städte fungieren als living laboratories für Echtzeitforschung und Aktivitäten in Zusammenarbeit mit lokalen Interessensgruppen.

Als Teil dieses Projekts entwickelt das A/S Team eine Struktur für die Modellierung städtischer Energie, die in eine nutzerbasierte Mikro-Transportsimulation eingebunden wird, um so eine dynamische Energiesimulation auf Stadtbezirksebene unter Einbezug räumlich-zeitlicher Modellierung von Nutzerverhalten und –belegung zu erreichen. Anhand der Identifikation der Qualitäten und Quantitäten des Bedarfs an Energiedienstleistungen sowie Betriebsmodi und Regulierungen der Gebäudesysteme und Transport für verschiedene Szenarien werden Synergieszenarien analysiert und ein dynamisches Optimierungsmodell sowie eine Betriebsanalyse dezentraler Energieinfrastruktur auf Stadtbezirksebene werden entwickelt, um die Interaktion zwischen Stadtform, Netzbetreiber, Nutzer und lokaler Infrastruktur zu simulieren.

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden Planern und Entscheidungsträgern dabei helfen, die Wandlung ihrer Gemeinden zu einer effizienteren, lebenswerten und damit aufstrebenden städtischen Umgebung zu begünstigen.

Zeitraum: 2016-2017

Hochschule: ETH Zürich, Professur Architektur und Gebäudesysteme

Projektpartner: Stadt Zürich, Prof. Kay Axhausen, ETH Zürich, Prof. Arjan van Timmeren, TU Delft, Prof. Akkelies van Nees, Bergen University College