energy+Home – Sanierung eines Bestandsgebäudes zum Plusenergiegebäude
Das energy+Home ist ein Bestandsgebäude mit Baujahr 1970, welches im Rahmen einer umfangreichen Modernisierung zu einem Plusenergiegebäude umgebaut wurde.
Im Rahmen des Forschungsprojekts werden die energetischen, ökologischen und ökonomischen Aspekte der Sanierung untersucht und aufbreitet, um Anforderungen und Kriterien für die Sanierung eines Bestandsgebäudes zu einem Plusenergiegebäude zu definieren und anhand eines Monitorings die Energieströme im Gebäude nachzuweisen.
Im zugehörigen Projektheft finden Sie weiterführende Informationen >> (wird in neuem Tab geöffnet)
ARD Fernsehbeitrag zum Projekt >>
Das Forschungsprojekt energy+Home hat den energyAward 2014 gewonnen >>
Entwicklung von modularen Monohybrid-Zellstoff-Elementen bei Innenwänden
Der Klimawandel, die ständig schwindenden Ressourcen und der schnelle Nutzungswechsel von Gebäuden machen auch in der Baubranche ein Umdenken in Hinblick auf umweltgerechteres und nachhaltiges Bauen erforderlich. Dabei ist das Zusammenspiel von natürlichen und ökologischen Materialien und deren Tragwirkung ein wichtiger Bestandteil zukunftsweisenden Bauens. Nachhaltiges Planen und Bauen ist eine der zentralen Fragen in der Architektur geworden, mit denen sich Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Architektur- und Ingenieurbüros in den letzten Jahren immer mehr beschäftigen.
Die Idee ist es, durch geeignete Konstruktionen aus ressourcenschonenden und recyclebaren Baumaterialien eine Innenwand zu entwickeln, die den Anforderungen an Tragfähigkeit, Bauphysik, Grundrissflexibilität und Nachhaltigkeit gerecht wird und sowohl als nichttragende als auch tragende Innenwand einsetzbar ist. Die Monohybrid-Zellstoff(MHZ)-Elemente stellen ein neuartiges Wandsystem dar, das aus einem Zellstoffkern im Innern und beidseitiger Deckschicht besteht. Durch die geeignete Kombination von Kern- und Beplankungsmaterial werden erhöhte Trageigenschaften erreicht. Die MHZ-Wand kommt im Vergleich zu den bisherigen leichten Trennwänden ohne Ständerwerk aus und ist aufgrund ihrer konstruktionsbedingten Flexibilität durch das modulare Baukastenprinzip und ihres geringen Eigengewichtes bei der Gestaltung von Räumen hervorragend einsetzbar. MHZ-Elemente können schnell und flexibel montiert werden, sind ökologisch. Sie weisen zudem hervorragende wirtschaftliche Vorteile auf. Haupteinsatzgebiete der Monohybrid-Zellstoffelemente sollen der Wohnungsbau, Schul- und Kindergartenbauten und der Bürobau sein.
Im Zuge des Forschungsvorhabens und aufbauend auf den Versuchsergebnissen werden nachstehende Bachelor-, Master-, Vertiefer- bzw. Diplomarbeiten vergeben. Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Dipl.-Ing. Manuela M. Koch, m.koch@twe.tu-darmstadt.de
Vergleichsanalyse von Wänden in Holzrahmenbauweise und Monohybrid-Zellstoff(MHZ)-Elementen unter Verwendung verschiedener Beplankungsmaterialien
Experimentelle Untersuchungen der mechanischen Kenngrößen von Zellulose und deren Einfluss auf die Tragfähigkeit von Monohybrid-Zellstoff(MHZ)-Elementen
Experimentelle Untersuchungen zur Tragfähigkeit von Monohybrid-Zellstoff(MHZ)-Elementen bei nichttragender Anwendung
Experimentelle Untersuchungen zur Tragfähigkeit von Monohybrid-Zellstoff (MHZ)-Elementen bei tragender Anwendung
Theoretische Untersuchung zur Tragfähigkeit von Monohybrid-Zellstoff(MHZ)-Elementen
Bemessungsvergleich von Wänden aus Monohybrid-Zellstoff (MHZ)-Elementen und Wänden in Holzrahmenbauweise
Konstruktionen aus Membranen sind mittlerweile ein fester und bedeutender Bestandteil der Architektur und aus dieser nicht mehr wegzudenken.
Seit den ersten filigranen und leichten Gebäudehüllen mit mechanisch vorgespannten, textilen Membranen in den 1960-er Jahren wird diese Bauweise systematisch erforscht und weiterentwickelt.
Gilt es den gebauten Raum transparent zu umhüllen, so greifen Architekten gegenwärtig immer häufiger zu weiteren Art der Membrantragwerke, den pneumatisch vorgespannten Folienkissen aus hochtransparentem Ethylen-Tetrafluorethylen, kurz E-TFE.
Diese Bauweise wird zwar seit den 1980-er Jahren bereits erfolgreich eingesetzt, der Wissensstand ist jedoch im Vergleich zu den mechanisch vorgespannten, textilen Membranen als sehr gering anzusehen.
So geht man bei pneumatisch vorgespannten E-TFE Folienkissen auf Grund von Erfahrungswerten aus realisierten Konstruktionen davon aus, dass das zeit- und temperaturabhängige Verhalten der Folie unter mechanischer Beanspruchung von untergeordneter Bedeutung und somit vernachlässigbar ist. Wissenschaftlich belegt ist diese Annahme jedoch bisher nicht.
Im Zuge des Forschungsvorhabens werden Untersuchungen zum zeitabhängigen Verhalten der E-TFE-Folie in Hinblick auf die Steifigkeit, die Festigkeit sowie die Verformungen unter Einwirkung mechanischer Spannung sowie Temperatur durchgeführt.
Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wird der Einfluss des zeitabhängigen Verhaltens der E-TFE Folien auf deren tragwerksplanerische Berechnung aufgezeigt.
Offene Bachelor-/ Masterthesis bzw. Vierteifer-/ Diplomarbeiten zum Thema:
In diesem interdisziplinären Forschungsprojekt sollen die besonderen Vorteile des Stahl(leicht)baus für den nachhaltigen Einsatz im Bereich von Modernisierungen, Sanierungen und Verdichtung von innerstädtischen Gebäuden grundlegend analysiert werden. Anschließend sollen nachhaltige Stahl(leicht)baukonstruktionen ganzheitlich entwickelt und für die planerische, baupraktische Anwendung allgemein und exemplarisch aufbereitet werden. Bestehende Bewertungssysteme der Nachhaltigkeit sollen für den Bereich des Bauens im Bestand weiterentwickelt werden.
Das Fachgebiet Tragwerksentwicklung bearbeitet in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Trocken- und Leichtbau ein Teilprojekt des Forschungsvorhabens.
Dieses beinhaltet den Einfluss von geeigneten passiven Kühlmethoden auf das sommerliche thermische Verhalten von Stahl(leicht)baukonstruktionen. Den Schwerpunkt bildet die Untersuchung der Integration von geeigneten Phasenwechsel-Materialien in die Konstruktion zur Erhöhung der thermischen Speicherfähigkeit.
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit folgenden Einrichtungen bearbeitet:
FOSTA – Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e.V.
DASt – Deutscher Ausschuss für Stahlbau
DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.
ITL – Institut für Trocken und Leichtbau gGmbH
Technische Universität Dortmund – Lehrstühle Stahlbau, Baukonstruktion sowie Baubetrieb und Bauprozessmanagement
KIT – Karlsruher Institut für Technologie – Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Abteilung Stahl- und Leichtmetallbau
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig – Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, Abt. Produkt- und Life-Cycle-Management
Die Entscheidung für die Verwendung von Trockenbausystemen unterliegt bis heute vorrangig ökonomischen Kriterien. Vor dem Hintergrund der globalen notwendigen ökologischen Veränderungen, überlagert durch Entwicklungen einer abflachenden Baukonjunktur, werden neben ökonomischen auch ökologische Produkteigenschaften zu wichtigen Herausstellungsmerkmalen in einem zunehmend vom Wettbewerb verdichteten Markt. Dabei ist die Quantifizierung solcher Merkmale seitens der Hersteller bis heute nicht hinreichend und eindeutig gewährleistet.
Vor diesem Hintergrund wurden im Auftrag des Baustoff- und Bauprodukteherstellers Saint-Gobain anhand einer gutachterlichen Studie nichttragende Innenwände und tragende Außenwände in Trocken- und Leichtbauweise mit Konstruktionen in massiver Bauweise hinsichtlich ihrer ökologischen Eigenschaften und Auswirkungen bewertet und verglichen. Bei den Bauteilen in Leichtbauweise wurden dabei Produkte der Hersteller Rigips und Isover verwendet. Den unterschiedlichen Wandkonstruktionen in massiver Bauweise wurden marktrepräsentative Ausführungen in Kalksandstein und Porenbeton zu Grunde gelegt.
Zur Bewertung der Umweltaspekte und ihrer Auswirkungen, die unter anderem durch die Verwendung natürlicher Ressourcen und Abgabe von Emissionen im gesamtem Produktzyklus entstehen, wurde die Methode der Ökobilanzierung nach DIN EN ISO 14040: 2009-11 sowie DIN EN ISO 14044: 2006-10 angewendet.
Weiterführende Informationen:
Saint-Gobain Ökobilanz-Studie 2013 (wird in neuem Tab geöffnet)
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden Untersuchungen zur Entwicklung einer neuartigen, fugenlosen Akustikdecke durchgeführt.
Das zu entwickelnde Deckensystem soll eine hochwertige, fugenlose Oberflächenausbildung mit ausgezeichneten Schallabsorptionswerten kombinieren. Die Untersuchungen umfassen die Schichtung verschiedener Materialien und deren akustische Wirkung sowie die Ausbildung eines fugenlosen Oberfläche in der Herstellung des Deckensystems.
Das Forschungsvorhaben des Fachgebiets Entwerfen und Wohnungsbau
„Untersuchungen zum energetischen Verhalten natürlich klimatisierter Gebäude – untersucht an den Beispielen Energieraum/Speichermasse+Luftkollektor/Speichermasse – bezogen auf die gemäßigte Klimazone.“
wird von uns im Rahmen eines Gebäudemonitorings eines gebauten Prototyps unterstützt. Über einen Zeitraum von 2 Jahren werden unter anderem die Temperaturen in verschiednen Gebäudezonen sowie in transparenten, hinterlüfteten Fassadenabschnitten gemessen.
Dieses Forschungsvorhaben untersucht die Ressourcenintensität von Dachtragwerken mit Glas, Pneu oder PC-Stegplatten als äußere Hülle anhand eines exemplarischen Bauvorhabens. Ziel ist hierbei die Entwicklung einen Ansatzes zur Steigerung der Ressourcenproduktivität bei transparenten Dachtragwerken. Die Verwendung der vorgenannten, innovativen Baustoffe mit gestalterischem Anspruch stellt hierbei einen wesentlichen Kern des Vorhabens dar.
Für die Dimensionierung weitgespannter Verbundträger in Deckenkonstruktionen für Büro-, Wohn- und Hotelgebäuden wird gegenwärtig in der Regel der Nachweis eines ausreichenden Schwingungsverhaltens maßgebend. Zu untersuchen sind hierbei primär die durch gehende Menschen induzierten Schwingungen.
Auf das Schwingungsverhalten einer solchen Deckenkonstruktion haben nichttragende Elemente wie Doppelböden und nichttragende Wände erfahrungsgemäß einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss. Sie reduzieren die Schwingungen erheblich. Untersucht ist dieser Einfluß der nichttragenden Elemente jedoch kaum.
Dies hat zur Folge, dass beim Tragwerksentwurf sehr konservative Annahmen hinsichtlich deren Wirkung getroffen werden müssen. Diese konservativen Annahmen führen zu einer nicht optimalen Ausnutzung der Konstruktion.
Eine systematische Untersuchung der Wirkung nichttragender Elemente auf das Schwingungsverhalten weitgespannter Verbundträger, welche somit zu einer deutlich wirtschaftlicheren Dimensionierung führt, soll anhand eines mehrgeschossigen 1:1 Modells untersucht werden.
Hierzu wurde ein 1:1 Modell eines typischen Wohnung- bzw. Bürogeschossbaus in Verbundbauweise errichtet, mit der erforderlichen Sensorik ausgestattet. Anschließend wurden an diesem Modell verschiedene Ausbau- sowie Belastungsszenarien messtechnisch aufgenommen und einer weiteren Untersuchung zugänglich gemacht.
Ziel des Forschungsvorhabens ist, die Erstellung einer Entwurfshilfe für eingespannte Kragstützen im frühen Planungsstadium.
In verschiedenen Bauzuständen einer Halle werden mittels einer äußeren Kraft die aussteifenden Bauteile zum Schwingen angeregt und die auftretenden Beschleunigungen beim Abklingen der Schwingung in ihrem Verlauf über die Zeit gemessen (Ausschwingversuch). Aus den gemessenen Beschleunigungen kann auf die Eigenfrequenz der aussteifenden Konstruktion und damit auf die globale Steifigkeit geschlossen werden. Über die mit den Bauzuständen einhergehende Änderung der Gesamtsteifigkeit soll auf die Steifigkeitsverteilung innerhalb der Gesamtkonstruktion geschlossen werden.
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Christian Heger
Durch das Anbringen von transparenten, flächigen Bauteilen auf ungedämmten Bestandwänden wird neben der Reduktion des U-Werts auch der solare Wärmegewinn erhöht. Ziel des Forschungsvorhabens ist unter anderem die Quantifizierung des möglichen Energiegewinns in Abhängigkeit von verschiedenen Orientierungen und Schichtaufbauten. Das Vorhaben wird in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Entwerfen und Grundlagen der Hochbaukonstruktion durchgeführt.
Schlanke, weitgespannte Deckenkonstruktionen werden in der zeitgemäßen Hochbau-Architektur zunehmend nachgefragt. Filligrane Deckenkonstruktionen mit weiten Stützenabständen offerieren hohe Flexibilität in der Grundrissgestaltung und bedingt durch ihre niedrigen Deckenhöhen geringe Herstellungs- und Unterhaltungskosten. Diesen Anforderungen werden statisch leistungsfähige Leichtbauten wie Stahl- oder Stahlverbundträgerdecken gerecht. Neben den Ansprüchen an die Tragfähigkeit müssen derartige Deckensysteme auch die Kriterien der Gebrauchstauglichkeit und damit in erster Linie die Begrenzung der Verformungen und der Schwingungen zufrieden stellend erfüllen. Während bei großen Verformungen eine entsprechende Vorverformung der Deckenträger eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit darstellt, stehen in diesem Sinne für die Gewährleistung einer geringen Schwingungsanfälligkeit keine einfachen konstruktiven Lösungen bereit.
Unter bestimmten Voraussetzungen werden Schwingungen von Deckenkonstruktionen im Hochbau durch gehende Personen hervorgerufen, die von den Nutzern deutlich wahrgenommen und als störend empfunden werden. Bei gewerblichen Nutzungen bestehen besonders hohe Anforderungen an eine vibrationsarme Deckenkonstruktion, sofern die Aufstellung von Geräten und Maschinen geplant ist, die mit sehr hoher Präzision arbeiten. Weist das Deckensystem ein geringes Verhältnis zwischen Biegesteifigkeit und Massenbelegung und eine geringe Systemdämpfung auf, wird in der Regel nicht mehr die Tragfähigkeit, sondern die Schwingungsanfälligkeit zum maßgebenden Lastfall für die Bauteilauslegung. Unter diesen Bedingungen wird ein Modell zur Berechnung der durch Fußgänger induzierten Deckenschwingungen benötigt, welches die auftretenden Deckenschwingungen realistisch prognostiziert, um eine wirtschaftlich und architektonisch sinnvolle Deckenkonstruktion zu realisieren.
Vor diesem Hintergrund wird das Ziel des Forschungsvorhabens wie folgt formuliert: Erstellung eines Berechnungsmodells zur realistischen Prognose von fußgängerinduzierten Schwinungen schlanker Deckentragwerke unter Berücksichtigung des Einflusses nicht tragender Ausbauelemente.
Hierzu wurden an Versuchskörpern im Maßstab 1:1 in verschiedenen Ausbaustufen Deckensysteme durch Menschen zum Schwingen erregt und die Steifigkeit und Dämpfung der Systeme messtechnisch ermittelt werden. Die nachfolgende analytische und numerische Modellierung der Deckensysteme wurde mittels der gemessenen Eingangsparameter sowie der erfassten Vertikalbeschleunigung und Verformungen bestätigt bzw. weiterentwickelt.
Bearbeiter: Dr.-Ing. M.Sc. Claus Maier
Publikation: Ein Beitrag zur Modellierung des Schwingungsverhaltens schlanker Deckentragwerke unter fußgängerinduzierter Anregung, Eigenverlag FG Statik und Dynamik, TU Darmstadt., 2006, C. Maier
Durch den Einsatz von nichtlinearen Berechnungsmethoden können Glasscheiben aus statischen Gründen dünner dimensioniert werden. Zudem sind bereits Ansätze vorhanden, die Verbundfolie bei einem Verbundsicherheitsglas als statisch tragfähig anzusetzen, was eine Widerstandserhöhung gegen statische Lasten bedeutet. Scheiben mit der Funktion der Übernahme einer Absturzsicherung sind dagegen in der Regel versuchstechnisch und damit kostenintensiv auf Ihre Tauglichkeit zu überprüfen, obwohl bereits Berechnungsmethoden bestehen.
Das Forschungsvorhaben beschäft sich mit der Parameterermittlung für den Fall, dass während eines Anprallvorgangs auf eine Verglasung aus ESG die Verglasung zerstört wird. Der Glasbruch erzeugt einen Steifigkeitsverlust und daraus resultierend eine Zunahme der Verformungen. Zudem werden aber durch die Steifigkeiten der Folie und die Verbundwirkung von der intakten Scheibe zur gebrochenen Scheibe Steifigkeitsreserven aktiviert. Die Erarbeitung einer möglichen rechnerischen Erfassung des Vorganges während des Bruchvorganges ist Hauptbestandteil der Forschung.
Ziel soll eine optimierte Ausnutzung der Verglasung im Lastfall „Anprall durch Personen“ darstellen und damit eine mögliche Glasdickenreduzierung ermöglichen.
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Christoph Müller de Vries
In Zusammenarbeit mit der Firma OFRA Systembau GmbH wird an einem Standardsystembaumodul eine Systemidentifikation durchgeführt. Die Systemidentifikation wird mit Hilfe einer experimentellen Modalanalyse in verschiedenen Ausbaustufen durchgeführt. Eine parallel laufenden FE-Modellierung unterstützt den Optimierungsprozess.
Ziel der Forschungskooperation ist die Optimierung der Module hinsichtlich des statischen und dynamischen Verhaltens sowie des Bauprozesses.
