Bauhaus2050: Energetische Quartierssanierung zur Reduktion der CO2-Emissionen unter Berücksichtigung denkmalgeschützter Bauten in Weimar

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 - 07/2021

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

 

NEST HiLo

Future buildings will require significant improvements to adhere to 2050 greenhouse gas mitigation strategies. One method is to consider building components as multifunctional elements. These elements can perform several functions simultaneously, such as energy and structural aspects, which bears the potential to reduce both operational and embedded emissions. As opposed to traditional sequential design, in which each building element performs a dedicated function. The former requires an integrated design approach to prioritise the use of renewable energy sources and the reduction of construction materials. 

HiLo is a node in the NEST district energy hub (Empa ehub), which enables the harvesting, storage, conversion and transferring of energy. Each building unit is connected to the ehub using multiple thermal and electrical grids. These grids operate in both directions, which allows surplus energy to be transferred between building units or to the ehub. 

The energy concept of HiLo is consolidated by an occupant centred control system, which targets optimal operational energy efficiency without compromising on user comfort. This objective is achieved by connecting all of the thermal and electrical data to a programmable controller, where researchers can investigate novel high-level control strategies, involving machine learning and artificial intelligence approaches. HiLo is a living lab that aims to investigate the transition of the built environment to a 100% renewable energy society.

Period: 2017-20

A/S Team: G. Lydon, Y. Peng, B. Svetozarevic, I. Hischier, L. Walker, A. Silvestri, G. Kreuzer-Sanchez, (former A/S Team / Z. Nagy, J. Hofer, A. Willmann, P. Jayathissa, M. Begle, S. Caranovic)

Key Partners: Block Research Group (ETH Zurich); Chair of Digital Building Technologies (ETH Zurich)

Publications: See the NEST HiLo project page on ResearchGate for a full list of publications. 

InduCity

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

 

GLATT - Eine Stadt im Werden

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.