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Ingenieurconsult Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Cornelius - Schwarz - Zeitler GmbH Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Darmstadt  Berlin  Dresden…
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Ingenieurconsult Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Cornelius - Schwarz - Zeitler GmbH Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Darmstadt  Berlin  Dresden  Leipzig Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt Tragwerksplanung der Foyerüberdachung Für die weitgespannte transparente Überdachung des Foyers ist ein filigranes Tragwerk in Form und Dimension so zu entwickeln, dass die gestalterischen Anforderungen der Architektur umgesetzt und gleichzeitig eine homogene Beanspruchung und effiziente Ausnutzung der verwendeten Tragelemente gewährleistet werden. Dabei sind die einwirkenden Kräfte und Verschiebungen (Eigengewicht, Wind, Schnee, Temperaturverformungen, Erdbeben, Bauwerksverformungen) sowie die Bild 1: Rechenmodell zum Vorentwurf Gesamtstabilität zu beachten. links: Spannungsniveau am verformten System im Lastfall ständige Lasten rechts: Spannungsniveau am verformten System im Lastfall Erwärmung Bild 2: (rechts) erste Eigenform des Systems zur Beurteilung der Gesamt- stabilität verfeinertes Rechenmodell des Dachtragwerks zum Entwurf mit Sekundärtragstruktur Optimierung der thermischen Gebäudehülle Aufbau und Gestaltung der thermischen Außenhülle des Energiebilanz WKZ haben einen wesentlichen Einfluß auf das Erscheinungsbild des Gebäudes, den Nutzungskomfort Ve r l ust e Ge wi nne und die Investitions- und Betriebskosten (Energie für Warmwasser- bereit ung Heizung, Lüftung und Kühlung), insbesondere wegen des 3% Anlagenverlust e Heizung hohen Glasanteils an der Hülle. Der Bauteilaufbau der Lüf t ung Int erne Gewinne Elemente der Gebäudehülle sowie die Wahl der Beschichtung der Verglasung ist daher so zu optimieren, dass ein ausgewogenes Verhältnis entsteht zwischen den Solare Gewinne über t ransparent e Transmissions- Regenerat ive Fassadenf lächen solaren Gewinnen, die im Winter den Heizenergiebedarf wärmeverlust e über Baut eile reduzieren, im Sommer jedoch Kühlernergie erfordern und 25% den Transmissionswärmeverlusten, die im Winter den Bild 4: links: schematische Darstellung des Strahlungs- Heizenergiebedarf steigern, im Sommer und in den durchganges durch eine Glasfassade und der Trans- Übergangszeiten den Kühlenergiebedarf senken. missionswärmeverluste durch ein Wandbauteil rechts: Gewinne und Verluste und ihre Anteile an der Gesamtenergiebilanz Abschätzung des Jahresenergiebedarfs für Heizung (ohne TW) und Kühlung [kWh] Variantenberechung mit Variation des Energiedurchlassgrades g und des Wärmedurchgangskoeffizienten u der Glasfassade für unterschiedliche Wärmedämmqualitäten kWh 1.200.000 1.077.253 1.025.158 986.712 995.635 1.000.000 908.200 800.000 692.787 618.225 617.162 641.352 604.980 600.000 546.295 534.728 531.199 554.151 464.886 400.000 200.000 0 -200.000 -400.000 -359.885 -357.002 -372.853 -393.800 -374.390 -422.704 -420.559 -420.841 -470.011 -600.000 -582.087 -592.027 -649.109 -655.233 -634.391 -680.681 -800.000 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 VARIANTE 4 VARIANTE 5 g = 0,35 g = 0,35 g = 0,25 g = 0,25 g = 0,18 u = 0,9/1,0 u = 1,1/1,2 u = 0,90/1,0 u = 1,1/1,2 u = 0,9/1,0 Heizenergiebedarf Kühlenergiebedarf Abschätzung der Energiekosten für Heizung und Kühlung [euro/a] Variantenberechung mit Variation des Energiedurchlassgrades g und des Wärmedurchgangskoeffizienten u der Glasfassade für unterschiedliche Wärmedämmqualitäten 80.000 70.000 60.000 3 8 .4 8 2 50.000 3 7 .8 3 6 2 5 .5 9 7 2 4 .2 3 5 2 3 .3 9 3 4 2 .5 9 0 40.000 4 2 .1 9 2 4 1 .2 3 5 4 4 .2 4 4 2 7 .3 3 6 2 7 .4 7 6 2 7 .3 5 5 3 0 .5 5 1 2 3 .2 0 5 2 4 .3 3 5 30.000 20.000 3 7 .7 0 4 3 5 .8 8 1 3 4 .5 3 5 3 4 .8 4 7 3 1 .7 8 7 TUD 2 1 .6 3 8 2 1 .6 0 1 2 4 .2 4 8 2 2 .4 4 7 10.000 1 9 .1 2 0 1 8 .7 1 5 1 8 .5 9 2 2 1 .1 7 4 1 9 .3 9 5 1 6 .2 7 1 0 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 VARIANTE 1 VARIANTE 2 VARIANTE 3 VARIANTE 4 VARIANTE 5 g = 0,35 g = 0,35 g = 0,25 g = 0,25 g = 0,18 u = 0,9/1,0 u = 1,1/1,2 u = 0,90/1,0 u = 1,1/1,2 u = 0,9/1,0 Variable Parameter der Verglasung: Energiekosten Kühlung, u: Wärmedurchgangskoeffizient der Fassade [W/m²K] 0,065 euro/kWh g: Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung [Dimensionslos] Variation der Dämmqualitäten: 1: Mindestwärmeschutze der Bauteil gem. DIN 4108-2 2: Empfohlene Dämmqualität Energiekosten Heizung, 3: Erhöhte Dämmqualität 0,035 euro/kWh Bild 3: schematische Darstellung der Verlust- und Gewinnquellen der Gebäudeenergiebilanz Bild 5: Heiz- und Kühlenergieberechnungen für verschiedenen Verglasungsvarianten und Dämm- qualitäten zur Optimierung der thermischen Hülle
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