Jahrbuch PDF (63MB) - ETH Zurich - ETH Zürich

Hansjürg Leibundgut
Institut HBT Departement Architektur
Dissertation
Luca Baldini
Professor
Dr. Hansjürg Leibundgut
Korreferent
Prof. Dr. Ludger Hovestadt
Beginn
Mai 2006
Ende
Januar 2009
Dissertation
Arno Schlüter
Professor
Dr. Hansjürg Leibundgut
Korreferent
Prof. Dr. Ludger Hovestadt
Partner
Kooperation mit Autodesk
als Mitglied im adn
(Autodesk Development
Network)
Beginn
November 2006
Ende
Juni 2009
Dissertation
Forrest Meggers
Professor
Dr. Hansjürg Leibundgut
Partner
Geberit ag, Annex 49
Beginn
November 2007
Ende
Dezember 2009
Forschung Research
Exergiereduktion in der thermischen und lufttechnischen
Versorgung der Gebäude: Die «1:15-Hypothese»
Die thermische und lufttechnische Versorgung unserer
Gebäude hat im Mittel einen um den Faktor 15 zu hohen
Exergieverbrauch: dies die Hypothese, die in dieser Arbeit
geprüft werden soll. Als Referenzgrössen werden unisolierte
Gebäude betrachtet, die klassisch mittels Verbrennungsprozessen
betrieben werden. Dem gegenübergestellt werden
die «LowEx»-Gebäude, die durch optimierte thermische
Prozesse und Apparaturen betrieben werden. Das Exergiekonzept
ist die Grundlage für die Analyse bestehender
und zukünftiger Systeme. Als zukünftig gelten technische
Konzepte und Systeme, wie sie an der Professur für
Gebäudetechnik mit dem Ziel des exergieeffizienten
Gebäudebetriebs entwickelt worden sind. Spezielle
Aufmerksamkeit in der Arbeit gilt der Untersuchung eines
neuartigen, dezentralen Zuluftkonzepts, eines Sensor
gesteuerten Abluftkonzepts sowie einer aktiven, thermischen
Gebäudeisolation. Die Frischluft wird mit minimalen
Druckverlusten über die Fassade ins Gebäude
gebracht und über ein Sensor gesteuertes Abluftsystem
bei Bedarf gezielt abgeführt. Auf der thermischen Seite
kann mit einer aktiven Dämmung der Fassade mittels
niederexergetischen Wärmequellen eine signifikante
Reduktion der Wärmeverluste bei gleichzeitig schlanker
Bauweise erreicht werden.
Modellbasierte Integration von dezentralen, verteilten
Gebäudeinfrastruktursystemen in frühen Entwurfsphasen
Die technische Ausrüstung von Gebäuden verursacht bis
zu 50% der Bau- sowie der Lebenszykluskosten. Durch
ihren Energieverbrauch tragen darüber hinaus Gebäude
bis zu 40 % zum Co2-Ausstoss bei. Neben der formalen
Gestaltung müssen Architekten bereits in den entscheidenden
frühen Phasen einer Planung die ökonomischen
und ökologischen Auswirkungen Ihrer Planung abschätzen
können. Dabei kommt den technischen Systemen
der Gebäudeinfrastruktur eine immer grössere Bedeutung
zu. Zukünftige technische Systeme sind kleiner, verteilter
und vernetzter. Sie ermöglichen ökonomisch wie
ökologisch effizientere Gebäude bei gleichzeitiger
Erhöhung des gestalterischen Spielraums. Ziel der Arbeit
ist die Ermittlung der Gebäudeperformance bereits in
den frühen Phasen einer Planung und die daraus resultierende
Integration von dezentralen, verteilten Systemen
in den Entwurf. Für die integrierte Planung und Simulation
der Auswirkungen auf das Gebäude werden
computergestützte Modelle und Methoden verwendet.
Exergetische Analyse von Gebäudesystemen: Eine verbesserte
Exergieleistung mittels Systemintegration
Gegenstand des Projekts ist die Leistungsanalyse von
Gebäudetechnologien basierend auf dem Exergiekonzept.
Dieses erweitert den Begriff der Energienutzung
und bezieht die Umwandelbarkeit von Energie mit
ein. In der Gebäudetechnik ermöglicht das Exergiekonzept
eine gezielte Entwicklung von technischen Systemen,
so dass die Gebäude in geringerem Umfang von hoch-
192
Exergy Reduction in the Air and Heat Supply for Buildings:
‘The 1:15 Hypothesis’
The exergy consumption of old buildings during operation
can be reduced by a factor of fifteen using better technical
system. This so-called 1:15 hypothesis will be verified
by this research. The old buildings that are used as a
reference are usually poorly insulated and use combustion
processes for their operation. This reference is confronted
with so-called ‘LowEx buildings’ that make better use of
the valuable part of the energy called exergy. In the Building
Systems Group, new concepts and technical components
are being developed to reach the goal of a more
efficient operation of buildings. An exergy based performance
analysis will be carried out for the new concepts
as well as for the reference. The analysis addresses the
air-carrying and thermal systems with special focus on a
decentralized air supply and sensor-controlled air exhaust
as well as on an active thermal insulation developed at
the Building Systems Group. The decentralized approach
in combination with a demand-controlled exhaust concept
allows for significant exergy reduction in the ventilation
of built spaces. The active, thermal insulation is a
promising way to improve the exergetic performance of
the existing buildings, strongly reducing thermal losses
through the envelope.
Model-based Integration of Decentralized, Distributed Building
Infrastructure Systems in the Early Stages of Design
At present, systems of building infrastructure account for
up to 50% of construction costs as well as the major
part of the life-cycle costs. In addition, buildings make a
significant contribution to the consumption of total
energy and resources, and thus to Co2 emissions. The
design of the building infrastructure and its impact
on the overall building performance as well as on architectural
design issues is currently not an integral component
in the building design process. However, the
majority of decisions with the largest consequences already
have to be made at this early stage. Future building
infrastructure systems are smaller, more distributed and
interlinked. They make possible buildings that are both
economically and ecologically more efficient, at the
same time increasing their flexibility of design. The aim of
the work is already to assess the building performance
in an early design stage and, as a result, to integrate distributed,
decentralized building infrastructure systems
into the design process. To enable an integrated planning
and to simulate the consequences, computational
models and methods are utilized.
Exergy Analysis of Building Systems: Improved Exergetic
Performance through Systems Integration
This project will focus on the use of the second law of
thermodynamics to analyze the performance of building
technologies. The second law is used to define the
concept of exergy, which extends the concept of energy
usage to include a quality associated with energy. This
can in turn be applied to the field of building services to
create systems that utilize both less energy as well as
depend on a lower amount of high-quality energy. This
in turn reduces overall energy demand by exposing
parts of a system that utilize excess high quality energy.