Suffizienz& Interaktion - TUprints

Suffizienz & InteraktionDipl.-Ing. Architekt Christoph Drebes M.Sc.

Energetische Suffizienzpotenziale medialer Interaktion von Wohngebäuden im Kontext veränderter Ansprüche kontemporärer Nutzungsformen

bedienendeFunktionInteraktion

1.OrdnungInteraktion2.Ordnung

Interaktion3.Ordnung

Drebes, Christoph: Suffizienz und Interaktion. Energetische Suffizienz-potenziale medialer Interaktion von Wohngebäuden im Kontext veränderter Ansprüche kontemporärer Nutzungsformen,Jahr der Veröffentlichung der Dissertation auf TUprints: 2021URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-178490Tag der mündlichen Prüfung: 15.12.2020

Veröffentlicht unter CC BY-SA 4.0 International - Creative Commons, Attribution(https://creativecommons.org/licenses/)

Eine Monografie zu Sachstand, Motivation und Zukunftseignung suffizi-enter Architektur durch Erhöhung der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden mit dem Ziel energetisch angemessen agierende Gebäude zu erreichen.

Vom Fachbereich Architektur der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt) genehmigte Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.).

Thema:Suffizienz und Interaktion.Energetische Suffizienzpotenziale medialer Interaktion von Wohngebäuden im Kontext veränderter Ansprüche kontemporärer Nutzungsformen

Dissertation vonDipl.-Ing. M.Sc. Christoph Drebes, geboren in Korbach

Erstreferent: Prof. Christoph Kuhn Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen Fachbereich Architektur Technische Universität Darmstadt

Korreferent: Prof. Dr. Paul Lukowicz Lehrstuhl Eingebettete Intelligenz Fachbereich Informatik Technische Universität Kaiserslautern Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH

Förderung durch dieRud. Otto Meyer-Umwelt-Stiftung, Hamburg

Einreichung: 31.10.2020 Tag der mündlichen Prüfung: 15.12.2020

Darmstadt 2020 D17

V

VerfassererklärungIch versichere hiermit, dass die vorliegende Dissertation „Suffizienz und Interaktion. Energetische Suffizienzpotenziale medialer Interaktion von Wohngebäuden im Kontext veränderter Ansprüche kontemporärer Nut-zungsformen“ – soweit nicht anders gekennzeichnet – das Ergebnis mei-ner eigenständigen Arbeit ist und von mir an keiner anderen Hochschule und zu keinem anderen Zeitpunkt vorgelegt wurde.

Ort, Datum Unterschrift

VI

Vorwort

Die Idee der Arbeit entwickelte sich im Laufe meiner Tätigkeit als wis-senschaftlicher Mitarbeiter der Fachgebiete „Entwerfen und Nachhaltiges Bauen“ sowie „Entwerfen und Energieeffizientes Bauen“ der Technischen Universität Darmstadt. Mit der Zusage der ROM-Umweltstiftung, meine Arbeit durch ein Stipendium zu fördern, ergab sich zeitlich die Möglich-keit, mich intensiv mit den Themen der Suffizienz und Interaktion aus-einanderzusetzen. Ich möchte mich daher zu Beginn bei dem Vorstand der Stiftung für die sich mir durch die finanzielle Unterstützung eröffnete Möglichkeit bedanken.

Ein besonderer Dank gilt dabei gleichzeitig meinem Erstreferenten Profes-sor Christoph Kuhn. Das entgegengebrachte Vertrauen und die fachliche Unterstützung während der gesamten Bearbeitungsphase der Disserta-tion hat mir stets geholfen, mein formuliertes Ziel konzentriert zu verfol-gen und im Blick zu behalten. In der oftmals sehr selbstbestimmten und fokussierten Arbeitsweise einer Dissertation habe ich es daher als sehr hilfreich empfunden, in gemeinsamen Gesprächen und durch getätigte Anmerkungen zum Sachstand der Arbeit, die inhaltliche Ausrichtung mei-ner Arbeit immer wieder reflektieren und weiterentwickeln zu können. In diesem Zusammenhang möchte ich mich auch besonders bei Prof. Dr. Paul Lukowicz für die Übernahme des Koreferates bedanken. Der fach-übergreifend geführte, intensive inhaltliche Diskurs mit Herrn Lukowicz ermöglichte mir, das weite Anwendungsfeld der Interaktion als Architekt nachvollziehen und gewinnbringend im Sinne der Forschungsfrage für mein Thema anwenden zu können. Ebenfalls bedanken möchte ich mich posthum bei Prof Manfred Hegger, der mich in der Anfangsphase der Themenfindung begleitet und in gemeinsamen Gesprächen ermutigt hat, mich dem Thema der Suffizienz im Umgang mit Architektur anzunehmen.

Zur inhaltlichen Entwicklung des Dissertationsthemas beigetragen hat zu-dem der förderliche kollegiale Austausch mit meinen Kollegen am Fach-bereich Architektur und den am Prozess beteiligten Studierenden. Die Zu-sammenarbeit hat mich immer wieder neu motivieren können. In diesem Zusammenhang möchte ich meinen Dank auch an Christian Wagner für die Unterstützung bei Rückfragen zur Programmierung aussprechen. Zu guter Letzt, und dennoch ganz besonders, möchte ich mich bei meiner ganzen Familie und meinen Freunden, insbesondere bei meinen Eltern und meinem Bruder mit Familie für das ausdauernde Verständnis und den beständigen Rückhalt ganz herzlich bedanken.

VII

Kurzfassung

Die Promotion betrachtet, inwieweit die wachsende Digitalisierung und technische Vernetzung im Alltag vorteilsstiftend dazu beitragen kann, den Umgang mit Ressourcen in der Architektur auf ein angemessenes, suf-fizientes Maß zu begrenzen. Die entstehenden Möglichkeiten zur Kom-munikation und Interaktion zwischen dem Menschen und dem Gebäude, beziehungsweise dem Gebäude und technischem Ausstattungsobjekt, lassen dafür impulsgebende und vielschichtige Chancen erwarten. Wel-che bautechnischen Anwendungsmöglichkeiten sich aus potenziell auto-nom oder zumindest automatisch agierenden Objekten für Gebäude oder Bauteile ergeben werden, ist sicherlich noch nicht im Einzelnen zu betiteln. Auch ist dessen Tragweite noch nicht abzusehen. Es zeichnet sich dennoch bereits ab, dass die technische Vernetzung mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Architektur prägende Auswirkungen haben wird. Durch einen an-gemessenen Einsatz von einfacher Intelligenz eröffnet sich die Chance, eine dekarbonisierende Wertschöpfung des Gebäudesektors zu erreichen. Die zu-nehmend sinkenden Latenzzeiten von interagierenden technischen Objekten erlauben es, mit wachsender Genauigkeit im und am Gebäude ablaufende, und sich mitunter gegenseitig beeinflussende, dynamische Prozesse zu er-fassen und zeitlich koordiniert zu beeinflussen. Dies wird dazu beitragen, dass automatisierte Services innerhalb eines Gebäudes den individuell erwarteten Raumkomfort bei gleichzeitiger Berücksichtigung resultierender Energieauf-wendungen, besser als manuell bediente Gebäudetechnik und Bauteile eines Hauses, bedarfsgerecht bereitstellen werden. Die Fähigkeit eines interaktions-fähigen Gebäudes, Angebote zu schaffen, die sich unmittelbar am erwarteten Bedarf orientieren, erreicht dabei beinah beiläufig gleichzeitig eine näherungs-weise Umsetzung von baulicher Suffizienz, wie sie im Rahmen der Arbeit ver-standen wird. Es können dadurch die individuellen Erwartungen angemessen erfüllt werden, ohne darüberhinausgehende Angebote zu schaffen, die einen übermäßigen Einsatz von Ressourcen bedeuten würden.

Die Arbeit begrenzt sich inhaltlich dabei einerseits auf die Nutzungsform des Wohnens und andererseits im Wesentlichen auf mögliche technische Interaktionsformen von Gebäuden. Es werden neben Architektur prä-genden Auswirkungen insbesondere die Einflussmöglichkeiten auf den Energiehaushalt durch eine steigende technische Vernetzung untersucht. Hierzu werden unterschiedliche Nutzungsweisen von Wohngebäuden durch verschiedene Haushaltsformen im Hinblick auf energetische Ein-flussmöglichkeiten der Gebäudeinteraktion betrachtet. Methodisch glie-dert sich die Arbeit in fünf Abschnitte. Zu Beginn wird das Thema der Dissertation der Suffizienz fördernden Gebäudeinteraktion in den allge-meinen Kontext der Entwicklung des nachhaltigen Bauens gestellt. Es werden unterschiedliche Positionen zur Suffizienz diskutiert und die Er-wartungen und Möglichkeiten hinsichtlich einer baulichen Interaktions-fähigkeit dargelegt. Auf Grundlage des allgemeinen Forschungsstands zu den Kernbegriffen der Suffizienz und der Interaktion erfolgt eine Auflistung baulich relevanter Strategien potenziell Suffizienz-fördernder Gebäudeinter-aktionen. Eine Auswahl dieser Strategien wird abschließend an Hand eines existierenden Geschosswohnungsbaus angewendet und bezüglich der Mög-lichkeiten, den Energiehaushalt und den resultierenden Raumkomfort zu be-einflussen, untersucht und abschließend zusammenfassend bewertet.

Stichworte: Suffizienz, Interaktion, Nachhaltigkeit, Digitalisierung, Vernet-zung, Energie, Künstliche Intelligenz, Gebäudeautomation, Dynamische Prozesse, Anspruch, Nutzungsweise, Nutzungsprofil, Wohnungsbau

VIII

Abstract

The doctoral thesis examines if the opportunities for communication and interaction between people and buildings or buildings and tech-nical equipment that arise in the course of digitalization and technical networking of everyday life can be used beneficially to limit the use of resources in architecture to an appropriate, sufficient level. It is not yet foreseeable which various structural application possibilities will ultimately emerge for buildings or components from autonomously or at least automatically acting objects. Nevertheless, it is already be-coming apparent that the networking will with a high probability also have an impact on architecture. At the same time, through the appro-priate use of simple intelligence there is the opportunity to achieve decarbonising added value in the building sector. The decreasing la-tency times of interacting technical objects allow dynamic processes running and influencing each other in and at a building to be captured and coordinated with increasing accuracy. Ultimately, this means that automated services within a house will provide the individually ex-pected room comfort better than manually controlled building techno-logies while these technologies at the same time are able to take the resulting energy consumption into account. The ability of a building to interact ultimately leads to a needs-based provision of energy and room comfort, whereby basic approaches to building sufficiency like using less energy or using it differently can be considered holistically.

In terms of content, the work is confined on the one hand to the resi-dential usage of buildings and on the other hand mainly to the technical possibilities of a building to interact. In addition to impacts that shape architecture, mainly the possibilities of influencing the energy balance through increasing the technical networking of a building are explo-red. Different residential use cases depending on various household forms have been evaluated with regards to the energetic impact of building interaction. Methodologically, the work is structured into five sections. At the beginning, the topic of the dissertation on sufficien-cy-promoting building interaction is placed in the general context of the development of sustainable buildings. The different positions on sufficiency are discussed and the expectations and possibilities with regards to interactive buildings are presented. Based on the general state of research on the core concepts of sufficiency and interaction, building related strategies for potential sufficiency-promoting interac-tions are defined. A selection of these interaction strategies leads to the final project study. Various forms of interaction are assessed and finally evaluated based on an existing residential building with regards to their possible impact on energy balance and room comfort.

Keywords: Sufficiency, Interaction, Sustainability, Digitalization, Network, Energy, Artificial Intelligence, Building Automation, Dynamic Processes, Requirement, Usage, Usage profile, Housing

IX

VorbemerkungenIm Rahmen der Dissertation werden Quellenverweise oder Zitate jeweils unmittelbar und eindeutig im Text gekennzeichnet. Die zusätzlich im Text eingefügten Fußnoten werden verwendet, um Aspekte des Textes genauer auszuführen, beziehungsweise im Text verwendete Begriffe in Kurzform zu erläutern. Diese finden sich wiederum abhängig von der inhaltlichen Not-wendigkeit ausführlicher im Glossar dargestellt. Die bildlichen, grafischen und diagrammatischen Darstellungen der vorliegenden Arbeit sind, wenn nicht anders gekennzeichnet, im Rahmen der Arbeit vom Autor erstellt worden. Im Bezug zu Personenbezeichnungen ist im Text aus Gründen der Vereinfachung in weiten Teilen das generische Maskulinum verwendet worden, welches jedoch weibliche wie männliche Personen einschließt.

HaftungsausschlussDer Ersteller der Dissertationsschrift übernimmt keinerlei Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder Qualität der bereitgestellten In-formationen. Die bildlichen, diagrammatischen, grafischen und textlichen Inhalte der vorliegenden Dissertationsschrift wurden mit größter Sorgfalt und bestem Wissen in möglichster Aktualität aus eigener Forschung und fremden Quellen zusammengetragen. Haftungsansprüche gegen den Er-steller, welche sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind ausgeschlossen.

X

Kap. I Einleitung 16

1. Anlass der Arbeit ...............................................................................17

2. Zielsetzung und forschungsleitende Fragestellung ..........................19

3. Struktur der Dissertation ...................................................................20

4. Methodik ...........................................................................................22

Kap. II Hintergrund 25

1. Herausforderungen eines klimaneutralen Gebäudesektors .............26

2. Nachhaltigkeit im Bauen ...................................................................30

Kap. III Suffizienz. Positionen, Definitionen und bauliche Ansätze zur Angemessenheit 35

1. Positionen zur Suffizienz ..................................................................36

2. Definition von Suffizienz ...................................................................42

2.1 Gebäudesuffizienz (GeS) .................................................................43

Raumsuffizienz (RaS) ................................................................44

Nutzungssuffizienz (NuS) ...........................................................44

Techniksuffizienz (TeS) ..............................................................44

2.2 Energiesuffizienz durch Interaktion ..................................................45

3. Ansätze baulicher Suffizienz im Wohnungsbau ................................45

Kap. IV Raumanspruch im Wohnungsbau 49

1. Anspruch und Bedarf, Fläche und Raum ..........................................50

2. Erfassung zeitgenössischer Wohnraumansprüche ...........................51

3. Wohnraum und Flächenansprüche im mitteleuropäischen Wohnungsbau ...................................................52

Inhaltsverzeichnis

XI

Kap. V Mediale Interaktion. Technische Erwartungen und Herausforderungen vernetzter Gebäude 57

1. (Multi-)modale Interaktion und Vernetzung .......................................58

2. Ordnungsprinzip von Interaktion und Vernetzung im Gebäude ........64

Intermediäre Interaktion (Vernetzung 1.Ordnung) ......................64

Interne Interaktion (Vernetzung 2.Ordnung) ...............................65

Externe Interaktion (Vernetzung 3.Ordnung) .............................67

3. Herausforderungen wachsender Interaktionserwartungen von Gebäuden ..........................................68

Kap. VI Multimodale Ansätze der Vernetzung von Gebäuden 74

1. Allgemein ..........................................................................................75

2. Ansätze intermediärer Vernetzung. Gebäude als Interaktionsfilter zwischen Innenraum und Außenraum .............................................76

3. Ansätze interner Vernetzung. Interaktionen zwischen Innenräumen und den Benutzern .....................................................78

4. Externe Vernetzung. Interaktionen zwischen Gebäuden und deren Umfeld ...........................................................84

Kap. VII Projektstudie und Ergebnisbewertung. Exemplarische Betrachtung zur Energiesuffizienz durch Gebäudeinteraktion 88

1. Zusammenwirken von Suffizienz und Interaktion im Rahmen der Projektstudie ...........................................................89

2. Modellbildung suffizienzsteigernder multimodaler Interaktionsmöglichkeiten im Gebäude ............................................90

3. Suffizienz des (Wohn-)Raums ..........................................................94

4. Energiesuffizienz durch Interaktion im (Wohn-)Gebäude ...............100

4.1 Ergebnisse zum Umgang mit elektrischer Energie durch Gebäudeinteraktion ...............................................................100

Umsetzung ...............................................................................103

Ausgangsszenario ....................................................................104

Demand Shift (ds) ...................................................................108

Credit Shift (cs) ....................................................................... 111

XII

4.2 Ergebnisse zum Umgang mit thermischer Energie durch Gebäudeinteraktion ............................................................... 116

Umsetzung ............................................................................... 117

Ausgangsszenario .................................................................... 118

Presence Control (pc) .............................................................120

Air Control (ac) ........................................................................121

Heat Control (hc) .....................................................................126

Shade Control (sc) ..................................................................130

Light Control (lc) ......................................................................132

Nutzergruppen spezifisch ausgelegte Gebäudeinteraktion ......134

Kap. VIII Zusammenfassung und Ausblick 136

1. Zusammenfassung .........................................................................137

1.1 Gebäudesuffizienz als Bewertungsmaßstab einer angemessenen Architektur (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 1) .................137

1.2 Gebäudeinteraktion zur Dynamisierung von Raum- und Gebäudeverhalten (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 2) .................138

1.3 Energiesuffizienz fördern durch einfache Gebäudeintelligenz (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 3) ........................140

1.4 Zukunftseignung und Ausblick ........................................................142

Anlagen CXLV

Anl-1 Glossar .................................................................................CXLVII

Anl-2 Gebäudetypologische Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche .............................................CLVII

Anl-3 Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen .................................. CLXX

Anl-4 Szenarienkonfigurationen der Projektstudie ..........................CCXII

Anl-5 Weitere Datengrundlagen ....................................................CCXXII

Anl-6 Literaturverzeichnis ........................................................... CCXXIV

Anl-7 Abbildungsverzeichnis .........................................................CCXLII

Anl-8 akademischer und beruflicher Hintergrund des Autors.........CCLIV

XIII

Abkürzungenac Air Control (Interaktionsstrategie)

AR Augmented Reality

ar Arbeitsbereich

BGF Bruttogrundfläche

BIP Bruttoinlandsprodukt

BRI Bruttorauminhalt

cs Credit Shift (Interaktionsstrategie)

ds Demand Shift (Interaktionsstrategie)

EnEV Energieeinsparverordnung

EPBD Energy Performance of Buildings Directive

er Erschließungsbereich

GEG GebäudeEnergieGesetz

GEB Gebäude

ge Gemeinschaftlicher Bereich

GeS Gebäudesuffizienz

GFZ Geschossflächenzahl

GR Grundfläche

GRZ Grundflächenzahl

HBI Human Building Interaction

hc Heat Control (Interaktionsstrategie)

HCL Human Centric Lighting oder Human-Computer-Interaction

Ht Heating, Heizung

IBS Interactive Building Sufficiency

ICT, IKT Informations- und Kommunikationstechnik

IoE, IvA Internet of Everything, Internet von Allem

IoT, IdD Internet of Things, Internet der Dinge

IPT Inductive Power Transfer

KI Künstliche Intelligenz

KGF Konstruktionsgrundfläche

KGI Künstliche Gebäudeintelligenz

MAS Multi-Agenten-System

MMI Mensch-Maschine-Interaktion

MR Mixed Reality

NBL Nettobauland

NF Nutzfläche

NuS Nutzungssuffizienz

NRF Nettoraumfläche

OBI Object Building Interaction

Abkürzungen, Symbole und Einheiten

I XIV

Symbol und Einheiten~x Median(-wert)

g-Wert Energiedurchlassgrad [%]

Tvis Transmission für sichtbares Licht [%]

Tsol Transmission für Solarstrahlung [%]

ta örtliche Lufttemperatur [°C]

to örtliche operative Raumtemperatur, to~ 0,5*(ta+tr) [°C]

tr örtliche mittlere Strahlungstemperatur [°C]

U-Wert Wärmedurchgangskoeffizient [W/m2K]

lm/W Lichtausbeute (Kurzzeichen: η), in Lumen pro Watt

pc Presence Control (Interaktionsstrategie)

Pw Power, Strom

sa Sanitärbereich

san saniert

sf Schlafraum

Sw Sewage, Abwasser

RaS Raumsuffizienz

RN Raumnutzung

ru Schlafbereich, Ruhebereich

sc Shade Control (Interaktionsstrategie)

SRI Smart Readiness Indikator

TeS Techniksuffizienz

uns unsaniert

VR Virtual Reality

Wa Water, (Trink-)wasser

WCED World Commission on Environment and Development

WE Wohneinheit

WET Wochenendtag

WF Wohnfläche

Wkg Wirkungsgrad

wo Wohnbereich

WPT Wireless Power Transfer

WoFIV Wohnflächenverordnung

zw Zwischenbereich

XV I

KAp. I Einleitung

AUF-WAND

AUF-WAND

ERWAR-TUNG

konventionell effizient suffizient

AUF-WAND

ERWAR-TUNG

ERWAR-TUNG

I 16

1. Anlass der Arbeit

Die Entwicklung von intelligenten, vernetzten Gebäuden, sogenannten Smart Buildings1 verlief vor der allgegenwärtigen Durchdringung des In-ternet of Things (IoT)2 relativ moderat und war im Wesentlichen geprägt von einzelnen herausragenden Pilotanwendungen. Die mittlerweile verfüg-baren vielseitigen Services, die es ermöglichen, dass technische Objekte und Systeme untereinander und im direkten oder indirekten Austausch mit deren Benutzern kommunizieren, wecken im Gebäudesektor jedoch erneut das allgemeine Interesse am Thema intelligent agierender Gebäude. Die meist intuitiv nutzbaren technischen Anwendungen erfahren durch „[...] das unsichtbare, unaufdringliche, intelligente Handeln [...]“ und die „[...] radi-kale Verdrängung von Computertechnologie in den Hintergrund, eingebettet und versteckt in Alltagsgegenständen [...]“ (Zitat aus Mattern (Hrsg.) (2007)) zum Thema des Pervasive Computing3) wachsende Aufmerksamkeit. Das Ganze in einer Zeit grundlegender Umbrüche, in der ein alternativer Um-gang mit Ressourcen und mit der konkreten Nutzung von Energie oder der individuellen Mobilität angestrebt wird. Deshalb besteht in Deutschland ebenso wie in der europäischen Union die Absicht, bis zum Jahr 2050 gesamtgesellschaftlich klimaneutral zu handeln. Die wachsende Bedeu-tung digitaler Transformationsprozesse wird einerseits den Energiebedarf des Gebäudesektors zum Betrieb zukünftiger Wohn- und Arbeitswelten voraussichtlich weiter ansteigen lassen, andererseits eröffnen sich für die Entwicklung nachhaltiger Architektur dabei neue Chancen, weiterführen-de Impulse zu geben. Die sich entwickelnde, kommunikationsfördernde Technik ermöglicht, die Dynamik bei der Nutzung von Gebäuden zu erfas-sen und vorteilsstiftend nutzbar zu machen.

Damit die ambitionierten Ziele aus dem Klimaschutzplan 2050 (BMUB (Hrsg.) (2016)) der Bundesregierung erreichbar bleiben, braucht es nach eigener Ein-schätzung langfristig gesellschaftlich getragene Lösungsansätze. Die Wah-rung der Akzeptanz in der Bevölkerung ist ausschlaggebend für den Erfolg nachhaltiger Handlungsstrategien. Die in Deutschland und der EU angestreb-ten Ziele bedingen, die Gesellschaft in die Entwicklung tiefgreifend einzubin-den. Es wird in Deutschland sowie in der EU eine Reduktion der Treibhaus-gase um bis zu 95 % gegenüber dem Jahr 1999 angestrebt. Des Weiteren werden deutschlandweit eine Steigerung des Anteils an erneuerbaren Ener-gien bis zum Jahr 2030 auf bis zu 60 % und in der EU ein Ausbau von im-merhin 27 % anvisiert. Gleichzeitig wird bis zum Jahr 2030 bundesweit eine Re-duktion des Verbrauchs an Primärenergie um 50 % gegenüber dem Jahr 2008, und EU-weit um 27% angestrebt. Diese Maßnahmen werden sich nicht ohne ein breit angelegtes Verständnis und Interesse der Bevölkerung umsetzen lassen, insbesondere wenn diese durch die anstehenden Veränderungen aufgefordert sein wird, auf gängige Gewohnheiten zu verzichten (vgl. Tabelle Klimaschutz-ziele, Seite 37). Die technische Interaktionsfähigkeit bietet das Potenzial, die nötige Reduktion im eigenen Anspruch zu unterstützen, ohne ein Gefühl des Verzichts auszulösen. Die in der Summe seit den 1990er Jahren relativ konstant gebliebenen Zahlen zum Endenergiebedarf privater Haushalte in Deutschland – trotz der in den letzten Jahrzehnten stark geförderten Ver-besserung der Effizienz von Gebäuden – (vgl. Abb. 15), legen die Vermu-tung nah, dass die Zahlen bereits einen moderaten und kaum noch weiter reduzierbaren Bedarf an Energie in privaten Haushalten widerspiegeln. Eine weitere Reduktion würde demzufolge potenziell spürbares Verzichts-

1 Smart Building: Ein Smart Building erreicht mittels „intelligenter“ Technik Automatisierungen im und am Gebäude.2 Internet of Things (IoT); Das IoT steht für die Zusammenführung der physischen / realen Welt über vernetzte „intelli-gente Objekte“ mit der virtuellen Welt des Internets.3 Pervasive Computing: Das Pervasive Computing beschreibt die unsichtbar werdende Verfügbarkeit von Computer-technologie in Gegenständen des täglichen Gebrauchs.

Abb. 1: Entwicklung der Anzahl privater Haushalte in Deutschland bis 2035. Ergebnisse und Prognose der Haushaltsvorausbe-rechnung 2017.

AndereMehrfamilienhaus (MFH)

Zweifamilienhaus (ZFH)

Einfamilienhaus (EFH) insgesamt (kumuliert)

EFH ZFH MFH

gereihter Haustyp

Doppelhaustyp

freistehender Haustyp

anderer Haustyp

Anzahl Personen 2011 in ...

insgesamt (kumuliert)

[Anzahl Personen]

31.0

16.4

27

11.9

31.9

98

35.7

24.5

57

Mehrfamilienhaus (MFH)

Zweifamilienhaus (ZFH)

Einfamilienhaus (EFH) insgesamt (kumuliert)

Bevölkerung Deutschland

58%

59

%

60%

60

%

61%

62

%

63%

63

%

18

19

18

18

18

18

18

18

17 17

17

17

17

17

16

16

5 5 4

4 4

4 4 4

Vor

191

9 19

19 -

48

1949

- 78

1979

- 86

1987

- 90

1991

- 95

96 -

2000

2001

- 04

2005

- 08

nach

08

Vor

191

9

1949

- 78

1991

- 95

nach

200

8

[Anzahl Gebäude, GEB] [Anzahl Wohneinheiten, WE] [Bevölkerung in Mio Pers.]

15.8

69.0

64

17.3

03.7

68

18.0

93.8

42

18.6

88.5

00

18.9

22.6

18

2.65

5.04

2

4.96

2.58

5 12

.150

.742

13

.978

.992

14.7

15.5

80

35.3

43.5

20(2

,30

Per

s./W

E)

40.5

45.3

17(2

,05

Per

s./W

E)

28%

16

%

56%

30%

16

%

54%

80,3

(‘91

)81

,8 (‘

95)

81,8

(‘09

)83

,2 (‘

19)

9 942 10 160 9 576

30 831 31 497 31 954

2015 2020 2035

Drei- und Mehr-PersonenHaushalteEin- und Zwei-PersonenHaushalte

17 I

Einleitung

empfinden in der Nutzung auslösen und langfristig nicht die beschriebene und benötigte gesellschaftliche Unterstützung erhalten. Da das individu-elle Nutzerverhalten in der Bilanzierung der Effizienz von Gebäuden bisher weitestgehend unberücksichtigt bleibt, obwohl statistisch betrachtet die individuellen Ansprüche an den eigenen Wohnraum tendenziell steigen (vgl. Abb. 7), ist davon auszugehen, dass große Anteile der erzielten Effizi-enzeinsparungen durch die gewachsenen Ansprüche an Raum und Kom-fort kompensiert wurden. Die individualisierten Vorstellungen davon, wie gelebt, gearbeitet und gewohnt wird, hat beispielsweise zu vielfältigeren Lebensentwürfen und Haushaltszusammensetzungen geführt, die wie-derum statistisch betrachtet unter anderem zu dem in Abb. 7 gezeigten personenbezogenen Flächenzuwachs im Wohnungsbau beigetragen haben. Die in Abb. 1 dargestellten Ergebnisse der Studie des Statistischen Bundes-amtes zur prognostizierten Haushaltsentwicklung bis zum Jahr 2035 zeigen, dass der Trend zu mehr Ein-Personen-Haushalten Bestand hat und letztlich den personenbezogenen Bedarf weiter erhöhen wird (Statistisches Bundes-amt (Hrsg.) (2017), S.9 ff.). Es ist also auch zukünftig keine grundlegende Senkung der personenbezogenen Bedarfe nach Wohnraum und Ausstat-tung zu erwarten. In einem Artikel der Zeitschrift „Archithese“ aus dem Jahr 2018 fassen die Autorinnen Glaser, Hagn (2018) die Beobachtungen mit den Worten zusammen, dass eine „[...] gestiegene Vielfalt an Haus-halts- und Wohnformen [im Wohnungsbau zu erkennen ist]. Die klassische Kernfamilie ist zwar weiter das verbreitetste Modell unter den Mehrper-sonenhaushalten mit Kindern, doch gibt es mittlerweile zahlreiche neue Konstellationen, so steigt etwa der Anteil der Alleinerziehenden und der Patchwork-Familien. [...] Lebensentwürfe [werden] vielfältiger und unsere Mobilitätsanforderungen und Bedürfnisse nehmen zu.“

Die Entwicklungen zunehmender technisch, digitaler Möglichkeiten und deren Anwendung im Kontext von Gebäuden andererseits bilden die Aus-gangslage und letztlich das Spannungsfeld indem sich die vorliegende Arbeit bewegt. Inwieweit lassen sich die aufkommenden und heutzuta-ge bereits verfügbaren baulich-technischen Möglichkeiten zu interagie-ren heranziehen, um das Nutzerverhalten umfassend in die Bilanz eines Gebäudes einzubinden; oder entsprechend gegebener Baustrukturen vorteilsstiftend beeinflussen, um den Umgang mit Ressourcen, inklusive der genutzten Energie, im Betrieb zu verbessern. Wenn man den Ausführungen von Gallati, Knüsel (2011) folgt, ist die fehlende Kenntnis der Nutzer über die richtige Handhabung und Verhaltensweise im Umgang mit verwendeter Gebäudestruktur und Technik entscheidend mit verantwortlich für steigende Energiebedarfe von Gebäuden. Es besteht daher im Rahmen der Disser-tation die Erwartung, durch die Kenntnis der im Tagesverlauf ablaufenden dynamischen Prozesse eines Gebäudes, durch passgenaue interaktions-fördernde, technische Ausstattungen auf das Nutzerverhalten und die daraus resultierenden Energiebedarfe Einfluss nehmen zu können. Wenn ein Gebäude durch direkte oder indirekte Kommunikation mit den Bewoh-nern Nutzungsweisen und Erwartungshaltungen beeinflussen und gezielt auf gegebene Ansprüche reagieren kann, ist, abgesehen von dem poten-ziellen technischen Mehraufwand, zu erwarten, dass die Energiebedar-fe eines Gebäudes im Betrieb gesenkt werden können. In der Informatik fasst man diese Form der koordinierten Einflussnahme auf das Nutzer-verhalten unter dem Begriff des Persuasive Computing4 (Jacko (Hrsg.), Sears (Hrsg.) (2003)) zusammen. Computertechnologien ermöglichen dabei, explizite und implizite Entscheidungsprozesse des Menschen zu steuern und zielgerichtet zu fördern.

4 Persuasive Computing: Persuasive Computing ist eine Computertechnologien die versucht das Beurteilungs- und Entscheidungsverhalten von Menschen bestimmend zu beeinflussen.

I 18

2. Zielsetzung und forschungsleitende Fragestellung

Die Arbeit stellt die Hypothese auf, dass sich eine erweiterte Intelligenz und Kommunikationsfähigkeit von Gebäuden positiv auf den Zielkon-flikt zwischen wachsenden Ansprüchen in der Nutzungsweise baulicher Strukturen und einer gleichzeitig nötigen Begrenzung von Ressourcen im Bausektor auf ein umweltverträgliches Maß auswirken kann. Die vermu-tete vorteilsstiftende Eigenschaft wird anhand des Wohnungsbaus exem-plarisch betrachtet und auf resultierende Potenziale hin untersucht. Die Dissertation konzentriert sich dabei im Wesentlichen auf die technischen Einflussmöglichkeiten eines Gebäudes, zu interagieren. Es wird erwar-tet, durch die angedachten baulichen Kommunikationsfähigkeiten des Gebäudes mögliche Insuffizienzen in der Nutzungsweise kompensieren und dadurch den Ressourcen- und Energiebedarf senken zu können. Die resultierenden Ergebnisse werden vor dem Hintergrund betrachtet, inwieweit die erzielten Bedarfssenkungen angemessen erfolgen, sodass kein Verzichts-empfinden in der Nutzung der betrachteten Gebäude zu erwarten ist. Es er-geben sich daraus für die Dissertation, entsprechend der vorangestellten Ausführungen, folgende forschungsleitenden Fragestellungen:

• Wie lässt sich in Abhängigkeit von der erwarteten Nutzung von Wohnge-bäuden ein angemessener Anspruch nach baulichen Ressourcen fördern und ableiten? (Forschungsfrage 1)

• Welche Möglichkeiten bieten sich dabei für ein interaktionsfähiges Ge-bäude, bedarfsgerecht auf die, aus der Nutzungsweise resultierenden, Dynamiken zu reagieren? (Forschungsfrage 2)

• Kann die Interaktionsfähigkeit eines Gebäudes niederschwellig Ener-giesuffizienz fördern? (Forschungsfrage 3)

19 I

Einleitung

3. Struktur der Dissertation

Die Dissertationsschrift gliedert sich zur Beantwortung der formulierten Forschungsfragen in sechs inhaltliche, aufeinander aufbauende Kapitel. Diese geben die erarbeiteten Erkenntnisse textlich und grafisch aufbe-reitet wieder und werden in einem Abschlusskapitel zusammenfassend diskutiert. Der Hauptband der Dissertation wird ergänzt um weiterführen-de Anlagen, die vertiefende Angaben der einzelnen inhaltlichen Kapitel beinhalten. Es wird innerhalb der einzelnen Kapitel immer wieder auf diese Anlagen verwiesen. Zudem werden direkte Bezüge in den vorliegenden Texten, Grafiken und Diagrammen hergestellt (vgl. Abb. 2).

Kapitel I: EinleitungDas einleitende Kapitel benennt den Anlass, die Zielsetzung und For-schungsfrage sowie die angewandte Forschungsmethodik und inhaltliche Struktur der Dissertation.

Kapitel II: HintergrundDieses Kapitel beschreibt die allgemein bestehenden Rahmenbedin-gungen, in denen sich die vorliegende Arbeit thematisch bewegt und ord-net diese mit Bezug zur allgemeinen Entwicklung des nachhaltigen Bau-ens und der Digitalisierung ein.

Kapitel III: Sachstand SuffizienzDas Kapitel schafft einen Überblick über die verschiedenen, diskutierten Positionen zum Begriff der Suffizienz und benennt daran anknüpfend eine eigenständige, auf das Bauwesen ausgelegte Definition von Suffizienz.

Kapitel IV: Sachstand InteraktionDas Kapitel umschreibt im Hinblick auf Gebäude den momentanen Stand zur Anwendung von Interaktionen als Folge von technischer Vernetzung im Hinblick auf Gebäude. Daran anknüpfend wird eine gebäudespezifische Kategorisierung und Definition baulicher Interaktionsformen vorgenommen.

Kapitel V: Ansätze baulich-medialer InteraktionIn dem Kapitel werden die für den Anwendungsfall des Wohnens in den vorangestellten Kapiteln erfolgten Recherchen und erarbeiteten Grundla-gen zu den Themen Suffizienz und Interaktion vereint. Darauf aufbauend wer-den einzeln aufgeführte und gegliederte Strategien technischer Interaktions-möglichkeiten zur Verbesserung energetischer Gebäudesuffizienz formuliert.

Kapitel VI: Projektstudie und ErgebnisbewertungIm Zuge des Kapitels zur Projektstudie wird einführend der entwickelte und angewandte Ansatz zur Suffizienz steigernden, multimodalen Inter-aktion von Gebäuden erläutert, bevor in einzelnen Abschnitten die Raum-suffizienz, sowie die thermische und elektrische Energiesuffizienz einzeln betrachtet und deren Ergebnisse diskutiert werden.

Kapitel VII: Zusammenfassung und AusblickDas abschließende Kapitel fasst die Ergebnisse inhaltlich zusammen und benennt auf Grundlage des Erkenntnisgewinns weiterführende und vertiefende Forschungsbereiche sowie die Zukunftseignung der behan-delten Themenfelder.

I 20

Abb. 2: Inhaltlicher Aufbau der Dissertation

Abb. 3: Analytische Verfahrens-weise

© C.Drebes. Suffizienz & Energie

Methodik SuI -v2

Dokumentation der Projektergebnisse

C- Ergebnisb.

B - Recherche & Analyse

A - Definitionen

2-1 Dissertation

E - Auswertung & Dokumentation

D - Bilanz & Simulation

Ansätze Gebäudesuffizienz Ansätze Gebäudeinteraktion

Wohnraum und Ausstattung

- IDA ICE, vers. 4.8 SP2 (thermisch)- Excel 2011 (elektrisch, thermisch)

- Bewertung der räumlichen und energetischen Suffizienz

Nutzergruppen und Anspruch

Identifizieren

Erfassen

Gebäudesuffizienz Gebäudeinteraktion

C - Interaktionsstrategien

Ansätze multimodaler Gebäudeinteraktion

WohneinheitGebäude Umgebung

2-2 Anlagen

Kapitel I Einleitung

Abstract / Vorwort Anl-1 Abkürzungen, Symbole

Anl-2 Glossar

Anl-3 Quellen

Anl-4 Kennwerte Wohnraum

Anl-5 Kennwerte Nutzergruppe

Anl-6 Szenarienkonfiguration

Anl-7 Hintergrund Autor

Kapitel II Hintergrund

Kapitel III Sachstand Suffizienz

Kapitel IV Sachstand Interaktion

Kapitel V Ansätze baulich- medialer Interaktion


Kapitel VI Projektstudie und Ergebnisbewertung

Kapitel V Ansätze baulich- medialer Interaktion Kapitel VII Zusammenfassung

max

min

maximin


C- Ergebnisb.


Methodik SuI -v2


C- Ergebnisb.

B - Recherche & Analyse

A - Definitionen

2-1 Dissertation

E - Auswertung & Dokumentation

D - Bilanz & Simulation

Ansätze Gebäudesuffizienz Ansätze Gebäudeinteraktion

Wohnraum und Ausstattung

- IDA ICE, vers. 4.8 SP2 (thermisch)- Excel 2011 (elektrisch, thermisch)

- Bewertung der räumlichen und energetischen Suffizienz

Nutzergruppen und Anspruch

Identifizieren

Erfassen

Gebäudesuffizienz Gebäudeinteraktion

C - Interaktionsstrategien

Ansätze multimodaler Gebäudeinteraktion

WohneinheitGebäude Umgebung

2-2 Anlagen

Kapitel I Einleitung

Abstract / Vorwort Anl-1 Abkürzungen, Symbole

Anl-2 Glossar

Anl-3 Quellen

Anl-4 Kennwerte Wohnraum

Anl-5 Kennwerte Nutzergruppe

Anl-6 Szenarienkonfiguration

Anl-7 Hintergrund Autor

Kapitel II Hintergrund

Kapitel III Sachstand Suffizienz

Kapitel IV Sachstand Interaktion



Kapitel VI Projektstudie und Ergebnisbewertung

Kapitel V Ansätze baulich- medialer Interaktion Kapitel VII Zusammenfassung

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C- Ergebnisb.

21 I

Einleitung

4. Methodik

In fünf inhaltlich aufeinander aufbauenden Arbeitsschritten werden bau-liche Interaktionsstrategien erarbeitet, die potenziell Suffizienz fördernde Eigenschaften generieren lassen. Einige dieser Strategien werden daran anknüpfend in einer exemplarischen Projektstudie am Standort Frankfurt am Main untersucht. Durch abduktives Schließen werden dabei allge-meine Rückschlüsse zur Beantwortung der eingangs formulierten For-schungsfragen abgeleitet (vgl. Abb. 3).

DefinitionenDie allgemein und primär außerhalb des Gebäudesektors Verwendung fin-denden Themen der Suffizienz und Interaktion werden vor diesem Hintergrund zu Beginn der Arbeit für die Nutzung im Gebäude definiert und potenzielle Anwendungsfälle baulicher Interaktionsfähigkeit am und im Gebäude verortet.

Recherche und AnalyseIm Rahmen der Grundlagenrecherche erfolgten umfangreiche Literatur-recherchen zu den Themenschwerpunkten der Suffizienz und Interaktion sowie den anknüpfenden Themenfeldern des Raumkomforts und Woh-nungsbaus. In der Gesamtheit sind dabei 449 Quellen, bestehend aus un-ter anderem Büchern, Artikeln, Statistiken, wissenschaftlichen Dokumen-tationen und Normschriften in gedruckter sowie digitaler Form gesichtet, gelesen, analysiert und im Hinblick auf die vorliegende Fragestellung aus-gewertet worden. Zudem sind in die inhaltlichen Analysen und Recher-chen Lehrbausteine, die sich im Spannungsfeld der Schwerpunktthemen Suffizienz und Interaktion bewegen, in Form von betreuten Seminaren und studentischen Forschungsarbeiten des Fachgebietes „Entwerfen und Nachhaltiges Bauen“ der TU Darmstadt, mit eingeflossen.

InteraktionsstrategienIm Zuge der Strategieentwicklung baulich-medialer Vernetzungsszenarien von Gebäuden sind die vorab recherchierten Ergebnisse zugrunde gelegt und darauf aufbauend für das Beispiel des Wohnungsbaus Ansatzpunkte für Suffizienz fördernde Interaktion von Gebäuden definiert worden. Neben dem Aufzeigen der Funktionalität der benannten Interaktionsformen, werden die erwarteten, Suffizienz fördernden Eigenschaften beschrieben und ergänzend anknüpfende, parallele Forschungstätigkeiten zu der jeweiligen Interaktions-strategie dargelegt.

Blianzierung und SimulationAuf Grundlage der Fallstudie eines innerstädtischen Geschosswohnungs-baus werden ausgewählte Ansätze der erarbeiteten Interaktionsstrategien gezielt hinsichtlich der Suffizienz fördernden Eigenschaften für Raum so-wie für thermische und elektrische Energie betrachtet. Auf Basis der Er-gebnisse und mit Bezug zu der angewandten Interaktionsform werden abduktive Rückschlüsse auf allgemeingültige Prinzipien baulicher Inter-aktion gezogen.

Auswertung und DokumentationIn der Bewertung der Ergebnisse werden neben zertifizierten Programmen zur Betrachtung der thermisch energetischen Leistungsfähigkeit eines Gebäudes eigenständig erarbeitete Bewertungsmodelle (IBS-Modell) ver-wendet. Das entwickelte Modell erlaubt es dabei, zusammenfassend Aus-sagen hinsichtlich des suffizienten Umgangs mit umbautem Raum, mit der Fläche sowie mit dem Einsatz von Betriebsenergie (thermisch, elektrisch) im Gebäude zu treffen. In projektspezifischen Diagrammen und Grafiken werden die wesentlichen Ergebnisse und Aussagen der Arbeit dokumentiert.

I 22

3Einleitung I

23 I

Architektur & Suffizienz

Architektur+Interaktion

Abb. 4: Eindrücke und Ansätze von Suffizienz und Interaktion in Architektur.

Abb. 5: Eine qualitative Bewer-tung zur Entwicklung des Anspruchs an Gebäude in Abhängigkeit zur Nachhal-tigkeit und medialen Inter-aktion durch Vernetzung.

SuffiziQualitative Entwicklung von

Vernetzung und Interaktion

InteraktFFF

IntegrierteServices

Monofunktionale Services

Multifunktionale ServicesNachhaltigkeitsaspekten im Bauen

Qualitative Entwicklung von

EnEV‘07 EnEV

‘09

enz

Entwicklung der Nachhaltigkeit im Gebäudesektor -v6(für Druck optimiert - Buch)

EnEV‘14

EnEV‘16

Pariser Klimaschutz-abkommen

‘15

Fukushima

Ölkrise

Energy Performance of Buildings Directive

(EPBD 2018)‘18

BrundtlandReport

‘87

18.Jhdt Prägung des Begriffs Nachhaltigkeit

Energie

WSchV‘77 UN-Konferenz

„Erdgipfel“‘92

wende

zeit

entwicklung

interesse

suffizienteArchitektur 4.0?

European Green Deal and Climate Pact

‘20

Gebäudeenergiegesetz (GEG)

1973

2011

Gründung des Club of Rome

‘68

Energiebedarf pro m2

GeSSRI

KGI

IBSAR

IoE

EffizienzEffizienz

Grenzen des Wachstums

Smart B

uildin

g

ionEnergiebedarf pro Person

KlimaneutralerGebäudebestand(2050)

WWW

Knowledge-Based Approach

‘70er

Prototyp vernetzten Eigenheims

EchoIV‘66

Erste Smart Home Anwendungen

1950er erste Konzeptevernetzter Gebäude und Beginn zur Entwicklung künstlicher Intelligenz

1991

CEBus‘84

X10 System‘75

KNX-Bus‘02

KNX-Bus‘02ZigBee

‘04ZigBee

‘04

2010

Smart Phone

IoT WLAN

1999

Digital Home Assistant2007

Digital Home Assistant

I 24

KAp. II Hintergrund

25 I

Hintergrund

1. Herausforderungen eines klimaneutralen Gebäudesektors

In den 1970er Jahren führte die weltweite Ölkrise unverkennbar vor Au-gen, wie expansives Wirtschaften langfristig zu gravierenden ökologischen Problemen führen wird. Seither konzentriert man sich zunehmend darauf, die natürlichen Grenzen verfügbarer Ressourcen sowie die daraus resul-tierenden Umwelteinflüsse mitzuberücksichtigen. Der Club of Rome1, ein Zusammenschluss aus Wissenschaftlern, der sich mit grundlegenden, sy-stemischen Abhängigkeiten globaler Entwicklungen befasst, thematisier-te diesen Aspekt in dem 1972, dem Jahr der Ölkrise, erschienenen Buch „Die Grenzen des Wachstums“ (Heck, Meadows (1972)). Auf Grundlage des entwickelten „Weltmodells“ zur Abbildung globaler Verflechtungen wurden Simulationen durchgeführt, die unterschiedliche Auswirkungen in Abhängigkeit von der Entwicklung der Weltbevölkerung, der Umweltbe-lastung durch den Menschen, der Verwendung von Rohstoffen und pro-duzierbarer Nahrung, sowie der Nutzung anthropogen, vom Menschen erschaffenen Industriekapitals aufzeigen. Auf Grundlage des entwickelten „Weltmodells“ zur Abbildung globaler Verflechtungen wurden Simulati-onen durchgeführt, die unterschiedliche Auswirkungen in Abhängigkeit zur Entwicklung der Weltbevölkerung, der Umweltbelastung durch den Menschen, der Verwendung von Rohstoffen und produzierbarer Nahrung, sowie der Nutzung anthropogen, vom Menschen erschaffenen Industrie-kapitals aufzeigen. Jede der untersuchten Varianten verdeutlichte bereits damals, dass geltende Konzepte stetigen Wachstums letztendlich immer an natürliche, oder durch den menschlichen Erfindergeist verschobene, Grenzen stoßen und demnach nicht nachhaltig sind. Die jeweilige Menge und Nachfrage nach einer Ressource definieren dessen zeitliche Verfüg-barkeit. In unterschiedlichen Zeithorizonten, letztendlich aber in jeder der damals untersuchten Varianten, erschöpfte sich das Angebot an natürlich und anthropogen erschlossenen Quellen und führte in den Simulationen zur Notwendigkeit, den Umgang mit Ressourcen zu überdenken.

1987 veröffentlichte die von den Vereinten Nationen (UN) eingesetz-te World Commission on Environment and Development (WCED), unter Berücksichtigung der Ergebnisse des Club of Rome, den Bericht „Our Common Future“, auch bekannt als Brundtland-Bericht. Die Kommission konnte im Folgenden unter anderem den Begriff der „Nachhaltigen Ent-wicklung“ prägen, bei der eine gesellschaftliche Entwicklung vorgesehen wird, „die den Bedürfnissen heutiger Generationen Rechnung trägt, ohne die Möglichkeiten zukünftiger Generationen zu gefährden“ (WCED (Hrsg.) (1987)). Bis heute stellt diese Definition den Grundsatz nachhaltigen Han-delns dar. Auf der als „Erdgipfel“ bekannt gewordenen UN-Konferenz in Rio de Janeiro 1992 beschlossen die damals beteiligten 178 Länder, die Grund-sätze zur nachhaltigen Entwicklung als international geltendes Leitbild zukünf-tigen Handelns zugrunde zu legen (UNO (Hrsg.) (1992)). Dies führte unter anderem 1994 im Rahmen der Arbeit der vom Deutschen Bundestag ein-berufenen Enquete-Kommission zur Formulierung des grundlegenden Drei-Säulen-Modells2 der Nachhaltigkeit. In diesem Zusammenhang wurden, neben den ökologischen Grenzen, die Entwicklung von ökonomischen und sozialen Belastungen als wesentliche Stellschraube einer nachhal-

1 Club of Rome: Der Club of Rome ist eine Organisation aus Wissenschaftlern, der sich seit seiner Gründung im Jahr 1968 zur Aufgabe gemacht hat, Verständnis und Lösungsansätze für globale Herausforderungen zu entwickeln. Die Ergebnisse der Organisation werden unter anderem in den „Reports to the Club of Rome“ veröffentlicht. Die im Jahr 1972 veröffentliche Publikation „The Limits of Growth“, welche die begrenzte Verfügbarkeit global verfügbarer Ressourcen thematisiert, fand unter anderem weltweit Beachtung.2 Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit: Ein von der Enquete-Kommission „Schutz des Menschen und der Umwelt – Bewertungskriterien und Perspektiven für umweltverträgliche Stoffkreisläufe in der Industriegesellschaft“ formuliertes Modell, das die Bereiche der Ökologie, Ökonomie und des Sozialen als Säulen nachhaltiger Entwicklung definierte. In der anschließenden Enquete-Kommission wurde dieser Ansatz unter dem Motto „Konzept Nachhaltigkeit. Vom Leitbild zur Umsetzung“ weiterentwickelt (Caspers-Merk, Fritz, Blank, et al. (1998)).

Abb. 6: Auswahl betrachteter Län-der des Global Footprint Network, Edition 2018 zur Abbildung länderbezogener ökologischer Fußabdrücke. Die Werte basieren auf den Berechnungsmethoden der NPO. Die länderbezo-genen Werte beschreiben eine fiktive Nachfrage der Bevölkerung nach natürlich zur Verfügung stehenden Ressourcen, wenn die ge-samte Menschheit gemäß dem heute bestehenden Standard des dargestellten Landes leben würde.

2,9

2,2

2,92,8

3,3

2,3

3,0

5,8

9,37,3

5,0

2,82,6

1,8

4,2

1,0

0,3

1,7

© 2018 Global Footprint Network. National Footprint Accounts, 2018 Edition (www.footprintnetwork.org).

3,6

0,7

1,7Median global

United Arab Emirates

Qatar

Luxembourg

USA

Russia

Denmark

Spain

Switzerland

China

Equatorial Guinea

Romania

United Kingdom

France

Japan

Italy

Vietnam

High IncomeUpper Middle IncomeMiddle-Low Income

India

Eritrea

GERMANY

Globale Nachfrage wenn die Menschheit leben würde wie...

Finland

I 26

Abb. 7: Entwicklung des perso-nenbezogenen Flächenbe-darfs im Wohnungsbau in Deutschland seit dem Jahr 2000 kombiniert mit der Entwicklung der Ausstat-tungsmerkmale für den Bereich Wohnen.

500

1000

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2000

0

[Anzahl pro100 Haushalte]

[qm]

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Smart PhoneSmart Home Assistant

Fahrzeuge Unterhaltungs-elektronik Informations- und Kommunikations-technik Haushalts- und sonstige Geräte

Wohnfläche je Einwohner in Haushalten Trend Wohnfläche /AusstattungTrend IKT

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---- ---- ---- 2012 2011 2010 2014 2005 2000 2019 2018 2016 2017 2015

46,2 46,1 45,0 46,3 46,2 46,4

41,2 39,5

46,5 46,7

594,1 571,5 547,5 420,5274,5

612,9 638,3 649,8 654,1 663,0

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46,2 46,1 45,0 46,3 46,2 46,4

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594,1 571,5 547,5 420,5274,5

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594,1 571,5 547,5 420,5274,5

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46,2 46,1 45,0 46,3 46,2 46,4

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594,1 571,5 547,5 420,5274,5

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46,2 46,1 45,0 46,3 46,2 46,4

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594,1 571,5 547,5 420,5274,5

612,9 638,3 649,8 654,1 663,0

27 I

Hintergrund

tigen Entwicklung formuliert (Schwanhold, Fritz, Lieberoth et al. (1994)). Die langjährigen Entwicklungen in der Diskussion um eine angemessene gesellschaftliche und umweltverträgliche Handlungsweise führten letzt-lich im Jahr 2020 zu dem für Europa vorgestellten Fahrplan des European Green Deal3, der das Ziel ausgibt die Europäische Union bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu gestalten. Die nunmehr bereits mehrere Jahrzehnte andauernde Entwicklung zeigt die Anstrengungen, die bereits unternom-men wurden, um ein gesellschaftliches Umdenken zu erreichen (Abb. 5). Gleichzeitig belegen die Berechnungen des Global Footprint Network ex-emplarisch, welchen Herausforderungen sich insbesondere Industrienati-onen, trotz des bereits Erreichten, auf Grund ihres weiterhin bestehenden enormen Ressourcenbedarfs gegenübersehen.

Die regelmäßig im Living Planet Report4 des World Wildlife Fund (WWF) zusammengetragenen Ergebnisse des Global Footprint Network zeigen wiederkehrend, dass der Konsum der Weltbevölkerung pro Jahr deutlich über dem von der Organisation als nachhaltig nutzbar erachteten Res-sourcenbedarf liegt (Grooten (Ed.), Almond (Ed.), Barrett et al. (2018)). Obwohl die Berechnungsmethoden der NPO im öffentlichen Diskurs teil-weise kritisch bewertet werden, veranschaulichen die jährlich ermittelten Stichtage, an denen die globale und nationale Nutzung das nachhaltig zur Verfügung stehende Angebot an Ressourcen übersteigt, dass die globale Umsetzung einer Leitlinie für nachhaltige Entwicklung auch weiterhin aller Aufmerksamkeit bedarf. In Abb. 6, als Auszug der Gesamtbetrachtung des Global Footprint Network, lassen sich die Unterschiede in den ein-zelnen Entwicklungsstadien verschiedener Nationen ebenso erkennen, wie potenzielle Konsequenzen, die sich aus einer globalen Entwicklung nach dem Vorbild einzelner Industrienationen ergeben würden. Wenn sich das globale Konsumverhalten und der Lebensstandard beispielsweise an denen Deutschlands aus dem Jahr 2018 ausrichten würden, ergäbe sich ein jährlicher Ressourcenbedarf der dreifachen Menge dessen, was nach Angaben des Global Footprint Network nachhaltig auf der Erde verfügbar wäre (Global Footprint Network (Hrsg.) (2019)). Das angestrebte Ziel eines klimaneutralen Europas bis zum Jahr 2050 nach Vorgabe der Europä-ischen Kommission bedingt gleichzeitig, parallel immer auch die globale Entwicklung im Blick zu behalten. Die Umsetzung einer globalen Stra-tegie zur Klimaneutralität und ausgeglichenen Ressourcennutzung wird somit für hochentwickelte Nationen auch wesentlich davon geprägt sein müssen, inwieweit die eigenen Ansprüche hinterfragt werden, um diese zukünftig noch weiter senken zu können.

Mit dem zuvor erwähnten Säulenmodell der Nachhaltigkeit (Abb. 9) wur-de hierzu prinzipiell ein gesellschaftlicher Handlungsspielraum für eine nachhaltige Entwicklung abgesteckt. Die Gleichwertigkeit der definierten Säulen aus Ökonomie, Ökologie und Sozialem brachte dem ursprüng-lichen Modell jedoch den Namen schwacher Nachhaltigkeit ein (Abb. 9 (1)). Die starke anthropozentrische Ausrichtung5, wodurch der Mensch und dessen Bedürfnisse immer im Mittelpunkt der Betrachtung stehen, stellte sich im Hinblick auf eine ganzheitlich klimaneutrale Entwicklung als nicht zielführend heraus. Stattdessen entwickelte man im weiteren Verlauf das Modell der starken oder gewichteten Nachhaltigkeit, nach dem die

3 European Green Deal: „The European Green Deal is a response to these challenges. It is a new growth strategy that aims to transform the EU into a fair and prosperous society, with a modern, resource-efficient and competitive economy where there are no net emissions of greenhouse gases in 2050 and where economic growth is decoupled from resource use“ (European Commission (Hrsg., 2019)).4 Living Planet Report: Der Living Planet Report ist ein alle zwei Jahre erscheinender Bericht der World Wide Fund for Nature (WWF), der sich mit dem globalen Zustand des Ökosystems auseinandersetzt.5 Anthropozentrischer Ansatz: Prinzip der Umwelt- und Ressourcenökonomik, nach dem sich der Wert der Natur aus ihrem Nutzen für Menschen ergibt. Das gesellschaftliche Handeln wird auf den Menschen und dessen Bedürfnisse ausgerichtet (Feess (2018a)).

Abb. 8: (1) Gesamtprimärenergie-verbrauch in Deutschland unterteilt nach eingesetz-tem Energieträger; (2) Vergleich europaweiter Treibhausgas-Emissionen pro Person für das Jahr 2016 (CO2 äquivalent).

4,2 5,3

5,8

6,9

7,1

8,3

8,6

10,3

10,711,011,5

12,312,9

14,9

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 CO2-Äquivalent pro Kopf [t]

Luxemburg

Estland

Irland

Tschechische Republik

Niederlande

Zypern

Österreich

Dänemark

Slowenien

Griechenland

EU-28

Bulgarien

Slowakei

Ver.Königreich

Italien

Litauen

Spanien

Frankreich

Portugal

Ungarn

Kroatien

Lettland

Rumänien

Schweden

Malta

Deutschland

Finnland

Polen

Belgien

(2) [t]

(1) [PJ]

4.489

2.761

1.644

1.703

1.565

1.001

242

4.562

3.043

1.692

1.635

1.525

927

243

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

Mineralöl

Erdgas

Erneuerbare

Steinkohle

Braunkohle

Kernenergie

Sonstige [PJ]

2015 2016

I 28

Abb. 9: Säulenmodell der Nachhaltigkeit: (1) „Schwache Nachhaltigkeit“; verfolgt einen anthropozentrischen Ansatz, wodurch der Anspruch des Menschen als maßgebende Ausgangsgröße in den Mittelpunkt gerückt wird; (2) „Starke Nachhaltigkeit“; beschreibt einen ökopozentrischen Ansatz, nachdem sich das Handeln und Wirken an der Umwelt und dessen natürlichen Grenzen orientiert; (3) „Ausgewogene Nachhaltigkeit“; ein öko-anthropozentrischer Ansatz, der die Entwick-lung des Menschen in Einklang bringen möchte mit den natürlichen Gegebenheiten der Umwelt.

(1) (2) (3)

ökologischen Rahmenbedingungen für jegliche Entscheidung als Basis definiert wurden, woraus letztlich eine ökozentrische Haltung6 resultierte (Spindler (2011), Stahlmann (2008)). Es werden dabei nicht mehr primär die Ansprüche und Bedürfnisse des Menschen adressiert, sondern viel-mehr die ökologischen Grenzen eines Systems als Basis zur Bewertung nachhaltiger Entwicklung verstanden (nachhaltigkeit.info (Hrsg.) (2015)).

Der ökozentrische Modellansatz lässt letztendlich nicht weniger erwarten als eine grundlegende Abkehr von bisherigen Wirtschaftsweisen. Wäh-rend das Modell schwacher Nachhaltigkeit es erlaubt, einzelne Bereiche, wie beispielsweise ökonomische Aspekte, unabhängig von der Entwick-lung der beiden anderen zu fördern, bedingt das Modell starker Nachhal-tigkeit, dass auch bei einseitigen Entwicklungen, diese immer unter Be-rücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte zu erfolgen hat. Die beiden Modellansätze stehen sich somit in ihrer grundlegenden Ausgangshaltung beinah diametral gegenüber. Das Modell der ausgewogenen Nachhaltig-keit als dritter und vermittelnder Ansatz beschreibt in Kombination der vorab benannten Modelle eine grundlegend öko-anthropozentrische Aus-richtung. Es werden weder der Mensch noch die Umwelt singulär in den Fokus gerückt. Viel mehr definiert dieses Modell gezielt beide Aspekte als Mittelpunkt einer gesellschaftlich akzeptablen und dadurch langfristig nachhaltigen Entwicklung (Hauff (2012)). Es erfolgt in diesem Zusammen-hang eine ständige Abwägung zwischen Fragen der gesellschaftlichen Relevanz und sich ergebenden Umweltbeeinflussungen. Die Anwendung eines solchen Konzeptes gestaltet sich gegenüber den beiden vorab be-schriebenen, absoluten Positionen entsprechend aufwändiger. Eine kon-sequente Umsetzung lässt jedoch erwarten, auf Grund der ganzheitlichen Berücksichtigung der gegebenen gesellschaftlichen Ansprüche, langfri-stig Akzeptanz zu finden und dadurch eine robuste Form von nachhaltiger Entwicklung darzustellen (Abb. 9 (3)).

„Sustainability is a value word and like all value words – freedom, fair-ness, beauty, justice – it is subjective, nearly impossible to define but possible to sense (or to sense its absence), and vitally important“ (Donella Meadows, Datum unbekannt).

6 Ökozentrischer Ansatz: Begriff aus der Umweltdiskussion, nach dem der Mensch gegenüber anderen Arten keine vorrangigen Rechte an der Natur genießt (Feess (2018b)). Ö

kono

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Ressourcen/Klima



nachhaltige Entwicklung 29 I

Hintergrund

2. Nachhaltigkeit im Bauen

Die globalen Einflüsse der 1970er Jahre bewirkten im Gebäudesektor, dass ressourcenschonende und umweltgerechte Ansätze in die Diskus-sion um Städtebau und Architektur einflossen. Spätestens mit der Ein-führung der Energieeinsparverordnung (EnEV)7 im Jahr 2002, wodurch die bisher geltenden Wärmeschutzverordnung und Heizungsanlagenverord-nung abgelöst wurden, ließen sich deutliche Verbesserungen der Ener-gieeffizienz von Gebäuden bei Sanierungen und Neubauten erzielen. Ne-ben den quantifizierbaren verringerten Betriebsenergiebedarfen8 führten die energetischen Sanierungen zudem zu verbessertem Raumkomfort. Bei-de Aspekte sind heute im Bauwesen in Deutschland akzeptierter Standard. Die daraus hervorgegangenen Gebäudestandards erlauben, bilanziell be-trachtet, mittlerweile mitunter mehr Energie am und im Gebäude zu gewin-nen, als innerhalb des Gebäudes im Zeitraum eines Jahres verwandt wird. Die allgemeine Weiterentwicklung des nachhaltigen Bauens ist jedoch nach eige-ner Einschätzung stark geprägt von der schwankenden Aktualität, über die das Thema in den Fokus des gesellschaftlichen Interesses rückt. Es sind letzt-lich in der Vergangenheit häufig globale Ereignisse gewesen, wie die Ölkrise oder die Katastrophe in Fukushima im Jahr 2011, die Fragen zur nachhaltigen Entwicklung erneut thematisieren ließen. Die weltweiten Klimaproteste9 von Jugendlichen seit dem Jahr 2018 mit dem 2019 vorgestellten Green Deal der Europäischen Union führten zuletzt zu erneuter Aufmerksamkeit und Anstren-gungen hinsichtlich des Themas. Die vor dem Hintergrund der These dieser Arbeit erwartete weitere Entwicklung im Bereich der Digitalisierung und des Internets der Dinge birgt das Potenzial, einen weiteren derartigen Entwick-lungsimpuls für das nachhaltige Bauen auszulösen (vgl. Abb. 5).

Die Statistiken des Umweltbundesamtes zeigen jedoch gleichzeitig, dass trotz des gewachsenen Verständnisses zur Notwendigkeit nachhaltigen Handelns sich in der endenergetischen Gesamtbilanz bundesdeutscher Haushalte bislang nur moderate Senkungen des Bedarfs abzeichnen (Abb. 15; AGEB (Hrsg.) (2020), Umweltbundesamt (Hrsg.) (2020b)). Im Jahr 2018 ergab sich demnach gemäß genannter Quelle eine Reduktion der Endenergieverbräuche10 gegenüber dem Jahr 1990 von lediglich 3 %. Mit rund 644 Terawattstunden (TWh) an Endenergie und einem Anteil von cir-ca einem Viertel am gesamten Endenergiebedarf eines Jahres in Deutsch-land stellt die Entwicklung privater Haushalte dabei einen wesentlichen Indikator zur Darlegung des gesamtgesellschaftlichen Fortschritts nach-haltiger Entwicklung dar. Wenn zusätzlich die Sektoren Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD) in die Bilanz gebäudenaher Energieverbräu-che einbezogen werden, werden 2018 nach Angaben der AG Energiebi-lanzen e. V. rund 40 % der jährlichen Endenergie in Deutschland im Kontext von Gebäuden verbraucht (Abb. 14). Der Gebäudereport der Deutschen Energie-Agentur von 2016 zeigt weiterführend unter Einbeziehung der Da-tengrundlage des Instituts für Wohnen und Umwelt (IWU) und des Bre-mer Energie Instituts (BEI), dass andererseits die Gesamtsanierungsrate für Gebäude im deutschen Wohngebäudebestand im Zeitraum zwischen 2005 und 2008 circa 0,8 % pro Jahr betrug. Im Altbaubestand (Baujahr bis 1978) waren es immerhin 1,1 % (Bigalke, Armbruster, Lukas et al. (2016)). Damit bis zum Jahr 2050 gemäß den Vorstellungen des Umweltbundesamtes ein „nahezu klimaneutraler Gebäudebestand“ (BMUB (Hrsg.) (2016)) er-7 Energieeinsparverordnung (EnEV): Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagen-technik bei Gebäuden.8 Betriebsenergie: Die Betriebsenergie beschreibt den Anteil an Energie, der während der Betriebsphase eines Gebäu-des benötigt wird. Sie umfasst den Energiefluss in einem Gebäude von der Endenergie bis zur Nutzenergie.9 Fridays for Future (FFF); Globale Bewegung seit 2018 von Jugendlichen und Schülern, die sich für umfassende und effiziente Klimaschutz Maßnahmen aussprechen.10 Endenergie: Die Endenergie beschreibt die Energiemenge, die aus einer Energiequelle (Primärenergie) nach der Förderung und Umwandlung (Sekundärenergie) und Abzug aller Verluste durch Umwandlungs- und Verteilprozesse am Gebäude ankommt.

Abb. 10: Qualitative Betrachtung der Entwicklung nachhaltigen Bauens auf Basis des Säu-lenmodells der Nachhal-tigkeit mit dem heutzutage bereits in weiten Teilen entwickeltem Bereich der Effizienz und Handlungsbe-darfen in den Bereichen der Suffizienz und Konsistenz.

Bau

sekt

or

etabliert

Bau

sekt

or

etabliert

Effizienz Konsistenz

SUFFIZIENZ

BETRIEBSENERGIE GRAUE ENERGIE


SUFFIZIENZ

B E T R I E B SE N E R G I E

G R A U EE N E R G I E


SUFFIZIENZ




SUFFIZIENZ



T&V

I&N A&V

Technik&

Vernetzung

Interaktion&

NutzungAusstattung

&VolumenSuff

izien

zopti

mum

T&V

I&N A&V

I 30

reicht und somit annähernd 100 % der Bestandsgebäude saniert sein werden, wäre eine jährliche Sanierungsrate (Stand 2020) von mindestens 3 % nötig. Ein weiterer Indikator für die bestehenden Herausforderungen ist das Gesamtvolumen des jährlichen Abfallaufkommens bauwerksbezo-gener Prozesse. Der Indikator für den Ressourcenverbrauch des Bauwe-sens zeigt mit einem Anteil von 62 % bis zum Jahr 2016 (Abb. 13) die Be-deutung des Gebäudesektors im Zusammenhang mit dem Gelingen der Ressourcen- und Energiewende in Deutschland. Nicht jedes Bestands-gebäude bietet dabei die geeigneten Voraussetzungen, um eine umfäng-liche energetische Sanierung und Effizienzverbesserung zu ermöglichen. Neben räumlich und strukturell begrenzenden Faktoren unterbinden mitunter baukulturelle Aspekte das Anwenden von Effizienzmaßnahmen. Damit eine flächendeckende Senkung der baulichen Ressourcenbedarfe, inklusive Ener-gie, nach den Vorgaben der Bundesregierung und der Europäischen Kommis-sion erfolgen kann, braucht es demnach weitere alternative, situationsbedingt anwendbare Ansätze zur Sanierung und der Realisierung von Gebäuden.

Vor diesem Hintergrund rücken, über die Betrachtung der Effizienz von Gebäuden hinausgehend, beispielsweise quartiersbezogene Ansätze, die das Einzelgebäude als Teil eines Verbunds verstehen, in den Fokus. Gleichzeitig werden Aspekte des Lebenszyklus eingesetzter Materialien betrachtet wer-den müssen (Konsistenz11) und dynamische Prozesse innerhalb eines Gebäu-des zu berücksichtigen sein. Die sich stetig verändernden Bedingungen des Klimas und insbesondere des spezifischen Nutzerverhaltens innerhalb des Gebäudes beeinflussen maßgeblich den Aspekt der Suffizienz12 und somit die grundlegende Beurteilung dessen, was einen angemessenen13 Umgang mit Ressourcen inklusive der Energienutzung im Gebäude ausmacht. Die Suffi-zienz stellt daher, nach eigener Einschätzung, für nachhaltige Architektur in Industrienationen wie Deutschland zukünftig die wesentliche Stellschraube zur Senkung gebäudebezogener Ressourcenbedarfe dar. Die „[...] Zukunftsfä-higkeit [ist] mit Effizienz-Gewinnen allein nicht erreichbar [...], erst recht nicht, wenn im globalen Maßstab die Bevölkerungszunahme und das Wachstum der Konsumansprüche einbezogen werden. Technologische Innovationen sind für die Zukunftsfähigkeit zwar notwendige, aber eben nicht hinreichende Bedingungen. Soll das Zusammenleben in dieser eng gewordenen Welt öko-logisch und sozial gelingen, sind auch vernünftige Anspruchsbegrenzungen notwendig – also Suffizienz.“ schreiben die Autoren Linz, Bartelmus, Hennicke et al. (2002) in diesem Zusammenhang in einem wissenschaftlichen Arbeits-papier des Wuppertal Instituts aus dem Jahr 2002.

11 Konsistenz: Die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft als geschlossenes System in der Verwendung von Ressourcen.12 Suffizienz: Angemessenheit eines getätigten Aufwands im Verhältnis zu dessen Nutzen. Eine differenziertere und projektspezifische Definition des Begriffs der Suffizienz findet sich in dem nachfolgenden Kapitel „Kap. III Suffizienz. Positionen, Definitionen und bauliche Ansätze zur Angemessenheit“.13 Angemessenheit: Angemessenheit definiert sich in der vorliegenden Arbeit als eine bedarfsgerechte Erfüllung von bestehenden Erwartungen, ohne dass ein Überschuss generiert wird. Der Begriff der Angemessenheit wird daher syno-nym zur Bedeutung des Begriffs der Suffizienz verstanden und entsprechend verwendet.

Abb. 11: Nachhaltigkeits-strategien im Bauen auf Grund des Säulenmodells starker Nachhaltigkeit.

SuffizienzstrategieVerringerung der Nachfrage

Nut

zene

rgie

Verbrau

chs

verlu

st

Umwandlu

ngs

verlu

st

End

ener

gie

Prim

ären

ergi

eKonsistenzstrategieErsatz fossiler durch erneuerbare Rohstoffe

EffizienzstrategieVerringerung der Verluste

31 I

Hintergrund

Im Bereich der gebäudeabhängigen Energieforschung finden sich dem-entsprechend bereits erste Konzepte, die sich direkt oder indirekt mit einer verbesserten energetischen Suffizienz von Gebäuden auseinan-dergesetzt haben. Das Pilotvorhaben des Aktivstadthauses in Frankfurt am Main, ein innerstädtisch gelegener Geschosswohnungsbau im Effi-zienzhaus Plus Standard, wurde unter anderem mit der Zielsetzung re-alisiert, in der dicht bebauten Innenstadtlage mit dem begrenzt verfüg-baren Angebot an gebäudeintegriert gewonnenem Solarstrom durch eine technische Kommunikation zwischen Bewohnern und Gebäude die vor-liegende Wohnnutzung bestmöglich regenerativ zu versorgen. Über spe-zifisch für das Projekt entwickelte Tablet-Anwendungen können sich die Bewohner in Echtzeit nicht nur Informationen zum aktuellen regenerativen Energieangebot und Energieverbrauch, sondern unter anderem auch die wesentlichen Energieverbraucher im Gebäude oder der eigenen Wohnung anzeigen lassen. Das Schärfen des Bewusstseins hinsichtlich des eigenen Stromverbrauchs im Verhältnis zum verfügbaren Solarstrom kann dazu beitragen, das eigene Verhalten anzupassen, um dadurch die Eigennut-zungsrate14 gewonnener regenerativer Energie zu verbessern.

Andererseits zeigen entwickelte Modelle, die über den Betrachtungsmaß-stab des Einzelgebäudes hinausgehen und auf städtischem oder quar-tiersbezogenem Maßstab eine Transformation von Stadt und gebauter Umwelt zu fördern versuchen, dass durch den direkten Verbund einzelner Verbraucher und Erzeuger der Umgang mit der Ressource Energie un-ter anderem optimiert und der Verbrauch in der Gesamtbilanz reduziert werden kann. Die Forschungsarbeit UrbanReNet der TU Darmstadt ent-wickelte beispielsweise ein Software-gestütztes Bilanzmodell, über das energetisch und baustrukturell ähnliche Stadträume erfasst und hinsicht-lich energetischer Bedarfe und Potenziale zur regenerativen Energiege-winnung beschrieben werden können. Dies erlaubt, ohne umfangreiche städtebauliche Analysen durchführen zu müssen, energiesparende Ver-sorgungskonzepte, bis hin zu klimaneutralen, quartiersbezogenen Kon-zepten, zu entwickeln (Hegger, Dettmar, Meinberg et al. (2015)). Durch die Einbindung infrastruktureller Versorgungsstrukturen erlaubt dieses Modell, im Stadtraum vorhandene energetische Eignungen zur regenera-tiven Energiegewinnung mit den im Betrachtungsgebiet zu erwartenden spezifischen Energiebedarfen zu koppeln. Dem Modell liegt die Erwartung zugrunde, dass unterschiedliche Stadtbausteine, wie Wohnsiedlungen oder Gewerbegebiete durch die jeweiligen individuellen energetischen Eignungen und Baustrukturen voneinander profitieren, zu Gunsten einer gesamtenergetischen Reduktion des Bedarfs.

Die ETH Zürich verfolgt in Zusammenarbeit mit der Stadt Zürich seit 1998 das Konzept der 2000-Watt-Gesellschaft15. Dabei adressiert der Ansatz unmittelbar Fragen zur Suffizienz im Umgang mit Gebäuden. Das Grund-konzept sieht vor, dass jeder Person eine global als nachhaltig eingestufte Dauerleistung, auf Ebene der Primärenergie, von 2000-Watt ganzjährig zur Verfügung gestellt werden kann (EnergieSchweiz für Gemeinden (Hrsg.), Stadt Zürich (Hrsg.), SIA (Hrsg.) (2014)). Der individuelle Verbrauch an En-ergie ist dadurch auf einen Jahresbedarf pro Person von rund 17500 kWh

14 Eigennutzungsrate: Die Eigennutzungsrate oder auch Eigennutzungsgrad genannt, beschreibt den Anteil gewon-nener regenerativer Energie der ohne vorherige Einspeisung in das öffentliche Versorgungsnetz im Gebäude verwendet wird. Bei einem Eigennutzungsgrad von 100 % werden dem entsprechend 100 % der gewonnenen regenerativen Energie direkt im Gebäude verwertet.15 2000-Watt-Gesellschaft: „Die 2000-Watt-Gesellschaft verlangt eine nachhaltige Nutzung der Ressourcen und Energieträger sowie deren global gerechte Verteilung auf die Weltbevölkerung. Sie steht zudem für ein gegenüber heute reduziertes, klimaverträgliches Niveau der Treibhausgasemissionen. Die 2000-Watt-Gesellschaft verfolgt daher die folgen-den zwei Ziele: 1) Der Primärenergiebedarf, ausgedrückt in Dauerleistung, soll auf 2000 Watt pro Person reduziert werden. 2) Die Treibhausgasemissionen in CO2-Äquivalenten sollen pro Person und Jahr: auf 1 Tonne CO2 pro Person und Jahr reduziert werden“ (EnergieSchweiz für Gemeinden (Hrsg.), Stadt Zürich (Hrsg.), SIA (Hrsg.) (2014)).

Abb. 12: Bestrebungen zur Ent-wicklung eines langfristig energetisch robusten und klimagerechten Gebäu-debestand mit (1) Pilotan-wendungen, wie dem AktivStadthaus in Frankfurt am Main (Architektur: HHS Planer + Architekten AG), (2) quartiersbezogenen Betrachtungen, wie am Beispiel des Stadtteil HH-Lokstedt oder (3) dem Schweizer gesamtgesell-schaftlichen Ansatz zur Minimierung individueller Ansprüche im Rahmen der 2000-Watt-Gesellschaft.

(3)

(2)

(1)

029

3.4.3. Ranking

Das Nutzerinterface wertet aus, in wie weit die Bewohner des Hauses die Energie-budgets ausschöpfen und zeigt die individuelle Position in diesem Ranking an.

Es ist stets ausschließlich diese ei-gene Platzierung sichtbar; die üb-rigen Ränge bleiben anonym. Der Nutzer kann ebenfalls die durch-schnittliche Position der Hausge-meinschaft ablesen.

Der gesunde Wettbewerb schafft Anreize und die Neugier, nach Lö-sungen zu suchen. Diesbezüglich wird gerade in Kindern ein beson-deres Potential gesehen. Die Suche nach Strategien für eine höhere Platzierung geht vorzugsweise über den Familienkreis hinaus und för-dert einen gegenseitigen Austausch zwischen den Hausbewohnern. Das Ranking trägt somit gleichzeitig zur Identifikation mit dem Gebäude bei.

Abb. 27: Im Hauptmenü wird die individuelle Platzierung im Haus angezeigt.

Abb. 28: In der oberen Gra-fik können die individuelle Platzierung und der Durch-schnitt der Bewohner abge-lesen werden. Die Tabelle darunter zeigt die persön-lichen Platzierungen in den vergangenen Monaten.

I 32

oder umgerechnet einen Bedarf pro Tag von 48 kWh begrenzt. Während energetische Bewertungen von Gebäuden sich bei der Beurteilung der Energiebilanz in der Regel auf den Quadratmeter Energiebezugsfläche beziehen, koppelt das Modell der Stadt Zürich den Energiebedarf an die Nutzungsweise, indem der Energiebedarf pro Person angegeben wird. Das individuelle Verhalten und die Intensität der Nutzung von Gebäuden und Innenräumen wird somit unmittelbar in der Bilanzierung des Ener-giebedarfs berücksichtigt. Dies bewirkt, dass sich dadurch der Bedarf pro Person nach Ressourcen, wie Energie, Baumaterial und letztlich auch Wohnraum bewerten lässt. Indem der individuelle Ressourcenbedarf ins Verhältnis zum allgemeinen Durchschnitt gestellt wird, lassen sich Verglei-che ziehen, wie angemessen und damit suffizient der Umgang mit Res-sourcen im jeweils vorliegenden Fall ist.

Abb. 13: Abfallaufkommen (brutto u. netto) in Deutschland mit 60% Anteil durch Bau- und Abbruchabfälle (inkl. Straßenabbruch) [Mt].

Abb. 15: Die Entwicklung des Ende-nergiebedarfs [TWh] privater Haushalte im Zeitraum zwischen 1990 bis 2016 im Kontext der Preisentwicklung für Strom und der Bevölkerungsentwicklung in Deutschland.

Abb. 14: Endenergieverbrauch in Deutschland unterteilt nach Sektoren [TWh].

gebä

udeb

ezog

ene

Verb

räuche

Endenergieverbrauch Industrie (übriger Berg-bau und verarbeitendes Gewerbe)

Endenergieverbrauch privater Haushalte Endenergieverbrauch Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (GHD)

EndenergieverbrauchVerkehr

*) vorläufige Angaben der AG-Energiebilanzen

Haushalte

Industrie

Verk

ehr

GH

D1990482

18%

1990662

25%

1990827

32%

1990661

25%

201836114%

201864426%

2017*76531%

2017*72229%

[TWh]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2010 2011 2012 2013 2014 2015

[Mt]

2016

Abfälle aus Abfallbehandlungsanlagen Bau- und Abbruchabfälle(einschließlich Straßenaufbruch)

Übrige Abfälle (insbesondere aus Produktion und Gewerbe)

Abfälle aus Gewinnung und Behandlung von Bodenschätzen; alle Abfallarten des Abfallkapitels 01 EAV

Siedlungsabfälle

Abfallaufkommen (Brutto)

49

37

53

193

334

50

30

54

199

339 350

51

30

60

210

351 359

52

31

59

59% 62%

223

209

52

28

56

50

29

57

60% 20

3

343

50

35

58

58%

199

333

BRUTTOAUFKOMMEN

N E TTOA UFKOMMEN

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2010 2011 2012 2013 2014 2015

[Mt]

2016

Abfälle aus Abfallbehandlungsanlagen Bau- und Abbruchabfälle(einschließlich Straßenaufbruch)

Übrige Abfälle (insbesondere aus Produktion und Gewerbe)

Abfälle aus Gewinnung und Behandlung von Bodenschätzen; alle Abfallarten des Abfallkapitels 01 EAV

Siedlungsabfälle

Abfallaufkommen (Brutto)

49

37

53

193

334

50

30

54

199

339 350

51

30

60

210

351 359

52

31

59

59% 62%

223

209

52

28

56

50

29

57

60%

203

343

50

35

58

58%

199

333

BRUTTOAUFKOMMEN

N E TTOA UFKOMMEN

[TWh]

0

800

600

400

200

Endenergieverbrauch der Privaten Haushalte [TWh]

Fernwärme Strom Gase Mineralöle Braun-/Steinkohle Erneuerbare Wärme

662 699

677 727 711

737

803 793 773

726 718

784 747 764

732 720 728

627

711 688

743

648 674

710

608 639

665 651 644

Insgesamt

2008 21,72

2017 30,48

1990 79,75

2018 83,02

Entwicklung der Einwohnerzahl in Deutschland [Millionen]

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018

Energiepreisentwicklung elektrischer Energie in Haushalten [cent/kWh]

[TWh]

0

800

600

400

200



662 699

677 727 711

737

803 793 773

726 718

784 747 764

732 720 728

627

711 688

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648 674

710

608 639

665 651 644

Insgesamt

2008 21,72

2017 30,48

1990 79,75

2018 83,02


1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018


[TWh]

0

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662 699

677 727 711

737

803 793 773

726 718

784 747 764

732 720 728

627

711 688

743

648 674

710

608 639

665 651 644

Insgesamt

2008 21,72

2017 30,48

1990 79,75

2018 83,02


1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018


33 I

Hintergrund

Abb. 16: The first law of Kipple.

I 34

KAp. III Suffizienz. Positionen, Definitionen und bauliche Ansätze zur Angemessenheit

35 I

Suffizienz. Positionen, Definitionen und bauliche Ansätze zur Angemessenheit

1. Positionen zur Suffizienz

Der Begriff Suffizienz steht im Deutschen für das richtige Maß. Es leitet sich ab von dem lateinischen Wort „sufficere“, was übersetzt wird mit den Wor-ten „ausreichen“, „genügen“, „zufriedenstellend“ oder „adäquat“ (nachhal-tigkeit.info (Hrsg.) (2015), PONS GmbH (Hrsg.) (2019)). Durch Suffizienz wird allgemein eine Senkung der personenbezogenen Ansprüche auf ein, dem Bedarf nach, angemessenes Maß angestrebt. Dabei drängt sich unmittel-bar die Frage auf, was als angemessen verstanden werden kann? Die Frage adressiert damit zugleich die Kernproblematik, die mit einer konsequenten Anwendung suffizienter Strategien einhergeht. Im Buch „Damit gutes Leben einfacher wird. Perspektiven einer Suffizienzpolitik“ (Schneidewind, Zahr-nt (2013)) beschreiben die Autoren diese Schwierigkeit mit den Worten des Ökonoms Tomáš Sedláček aus dessen Buch „Die Ökonomie von Gut und Böse“ (Sedláček (2012)): „Als Menschen können wir immer wieder eine un-endliche Zahl neuer Bedarfe entwickeln. Diese treffen auf eine begrenzte Welt – begrenzt durch limitierte Produktionsfaktoren, aber auch endliche natürli-che Ressourcen. Moderne Ökonomie lehrt uns nun, wie wir immer mehr aus den begrenzten Ressourcen herausholen können. Sie setzt ganz auf Effizienz, um die Produktivität zu steigern und damit das Angebot zur Befriedigung der unbegrenzten Bedarfe zu erhöhen. Hier haben wir in der Tat gewaltige Fort-schritte gemacht: Es ist unglaublich, auf welche Gütermengen und Dienst-leistungen die moderne Menschheit zurückgreifen kann. Aber gleichzeitig handelt es sich um ein Hase- und Igel-Rennen, an dem sich immer mehr Menschen beteiligen. Denn die Befriedigung bestehender Bedarfe weckt die menschliche Fantasie nach neuen. Das Rennen ist nicht zu gewinnen – doch ruinieren wir dabei unsere natürlichen Lebensgrundlagen, wenn wir weiterhin so wirtschaften wie bisher.“

Das Zitat zeichnet im Hinblick auf die Anwendung suffizienter Konzepte ein wenig hoffnungsvolles Bild, demzufolge es uns Menschen prinzipiell in der Art, wie wir leben, nicht zu eigen ist, uns zu begrenzen. Eine ste-tige Entwicklung neuer Märkte und Weiterentwicklung des Bestehenden schafft neue Begehrlichkeiten. Dennoch führen alle zu findenden Positi-onen im Bereich der Suffizienz prinzipiell jedoch zur selben und wesent-lichen Aussage, nämlich dass es nicht eine Frage nach dem Ob sein kann, sondern dass lediglich die Frage besteht, wie eine suffizientere Lebens-weise sich etablieren lässt. Mechanismen der Marktwirtschaft, die ein stetiges Wachstum voraussetzen, führen wie es die Berichte des Club of Rome exemplarisch und wiederkehrend betonen, früher oder später an die Grenzen des Machbaren. Ökologische Grundmodelle, wie das der gewichteten oder starken Nachhaltigkeit1, wurden mit dem Ziel formuliert, eine gesellschaftliche Entwicklung vor dem Hintergrund eines umweltver-träglichen Verhaltens zu ermöglichen. Richard Buckminster Fuller mahnte mit dem 1973 veröffentlichten Buch „Bedienungsanleitung für das Raum-schiff Erde und andere Schriften“ (Fuller (2010)); Originaltitel, 1973: „Ope-rating Manuel for Spaceship Earth“ die Endlichkeit der Ressourcen an, und dass man das gemeinsame „Raumschiff Erde“ nicht gefährden solle, sondern viel mehr achtsam und vorausschauend lernen solle, mit den Gegebenheiten umzugehen. Andere Positionen wiederum sind als abso-lut anzusehenund fordern die Notwendigkeit, sich gänzlich vom Ansatz ständigen Wirtschaftswachstums und dem Bruttoinlandsprodukt (BIP) als Richtwert gesellschaftlichen Erfolgs abzuwenden (Paech (2012)). Viele der im wissenschaftlichen Diskurs vorhandenen Positionen zum inhalt-lichen Handlungsrahmen und zu potenziellen Ansätzen für mehr Suffizi-enz sehen insbesondere hoch-entwickelte Industrienationen in der Pflicht,

1 vgl. „Kap. II Hintergrund“

Abb. 17: Diogenes in der Tonne.

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Gutenberg > Wilhelm Busch > Diogenes und die bösen Buben von Korinth

Wilhelm Busch: Diogenes und die bösen Buben von Korinth - Kapitel 1

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Wilhelm BuschDiogenes und die bösen Buben von Korinth

Nachdenklich liegt in seiner TonneDiogenes hier an der Sonne.

Ein Bube, der ihn liegen sah,Ruft seinen Freund; gleich ist er da.

Nun fangen die zwei TropfenAm Fasse an zu klopfen.

Kapitel 1

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type comics

booktitle Münchener

Bilderbogen

author Wilhelm Busch

year 1997

publisherFackelträger Verlag

address Hannover

isbn 3-7716-2504-1

title Diogenes und die

bösen Buben von

Korinth

pages 55-61

sender gerd.bouillon@t-

online.de

I 36

diese umfassend anzuwenden. Auf Grund der rasanten Entwicklung von Schwellenländern, wie China oder Indien (BMZ (Hrsg.) (2020)), sind diese in diesem Zusammenhang sicher mit einzubeziehen.

Während die Suffizienz einerseits Strategien zur Reduktion des Material- und Energieaufwands in der Produktion und Nutzung von Gütern – in-klusive der Vermeidung von Stoffen, die nicht vollständig recyclingfähig sind – fordert, wird unter anderem, wie im Buch „Suffizienz. Die Konsum-gesellschaft in der ökologischen Krise“ (Stengel (2011)) beschrieben, der Grad der Suffizienz durch Betrachten des individuellen Anspruchs nach Konsum als wesentlicher Einfluss im Hinblick auf den Verbrauch thematisiert. Laut Stengel (2011) lassen sich Fragen zur Effizienz und Konsistenz im Um-gang mit Konsum in weiten Teilen technisch gelöst betrachten, während zur Ausschöpfung von Suffizienzpotenzialen „manifeste Veränderungen in den lebensstilgebundenen Praktiken der Konsumenten [nötig sind], um den Ener-gie- und Ressourcenverbrauch zu vermindern.“ Er ergänzt, dass „selbst wenn man von der überaus optimistischen Annahme ausgeht, dass die Effizienz-strategie die Ressourcenproduktivität hinreichend erhöhen und die benötigte Zeit für die Realisierung der Konsistenzstrategie zur Verfügung stellen könnte, bliebe ein grundlegendes ökologisches Problem erhalten. Die Konsistenz-strategie zielt zwar auf die Veränderung der Beschaffenheit der in der Pro-duktionssphäre zirkulierenden Stoffströme und Energieträger ab. So sollten die eingesetzten Materialien entweder natürlicher Art sein oder im Produkti-onskreislauf verbleiben. Jedoch abstrahiert diese Strategie von einer gleich-zeitigen Begrenzung des Volumens solcher Materialien. Ökosysteme werden nicht entlastet, wenn anstelle toxischer Kunststoffe Holz als nachwachsender Rohstoff über die Schwelle seiner natürlichen Regeneration verwendet wird. [...] Konsistenz und Effizienz ziehen ohne veränderte Verhaltensweisen keine Entlastung der globalen Ökosysteme nach sich.“

Im Buch „Kleine Geschichte der Konsumgesellschaft: Konsum als Lebens-form der Moderne“ von König (2008) wird es ebenfalls als folgerichtig an-gesehen, dass durch konsumorientierte Industrienationen herbeigeführte ökologische Probleme auch nur durch Selbstbegrenzung eben dieser Konsumenten, als eine moderne Form des gesellschaftlichen Zusammen-lebens zu verbessern sein werden. Nach Schmidbauer (1984) bedingt der Verzicht nach Konsum jedoch die aktive, reflektierte Entscheidung, sich von unnötigem Konsumieren emanzipieren zu wollen. Dabei erachtet er insbesondere den ersten, selbstreflektierenden Schritt zur individuellen Reduktion des eigenen Ressourcenverbrauchs als besonders herausfor-dernd. In der weiteren Entwicklung jedoch wird nach Schmidbauer „ein vom Konsum emanzipierter Mensch [...] sich bemühen, seine Kinder zu Anti-Konsumenten zu erziehen“. Vieles was heutzutage als nötig erachtet wird, ist demnach letztlich nur dem eigenen Konsumverhalten geschuldet. Wenn man der Argumentation des Psychologen folgt, behält das Konsum-verhalten ohne Eigenereflektion Bestand, obwohl es keinen erkennbaren und langfristig haltbaren Mehrwert gegenüber einem reduzierten Umgang mit Ressourcen und Gütern schafft. „Gewöhnung und Gewohnheit, pas-siv-körperliches Geschehen und Lernprozesse wirken in der Produktion von Konsumgewohnheiten zusammen. Das zentralgeheizte Haus, das kli-matisierte Büro, wärmende, gut schließende Winterkleider, Ventilatoren im Sommer, die Klimaanlage im Straßenkreuzer – sie alle bauen Konsumver-halten auf Gewöhnung auf [...] Feste Konsumgewohnheiten werden aus solchen Gewöhnungsprozessen aufgebaut und wirken auf diese zurück.“ (Schmidbauer (1984)). Wenn man sich die, in der nebenstehenden Tabelle „Vergleich der Klimaschutzziele von Deutschland und der Europäischen Union .“ zusammengestellte und zuvor bereits beschriebene Zielsetzung

Reduktion von Treib-hausgasemissionen

(im Vergleich zu 1990)

2020 2030 2050

Deutschland

mind. -40 %

mind. -55 %

mind. -80 %

bis 95 %

EU

-20 % -40 % -80 % bis 95 %

Steigerung Anteil EE am Energieverbrauch(Anteil erneuerbarer Energien (EE) am Bruttoendenergiever-

brauch)2020 2030 2050

Deutschland

18 % 30 % 60 %

EU

20 % 27 % --

Steigerung Energie-effizienz, Reduktion Energieverbrauch(Senkung des Primär- oder En-denergieverbrauchs (P/EEV))

2020 2030 2050

Deutschland

-20 % PEV

ggü. ‘08

-- -50 % PEV

ggü. ‘08

EU

20 % Ener-gieeffi. zu busi-ness-as-usual

27 % Ener-gieeffi. zu busi-ness-as-usual

--

Tab.: Vergleich der Klimaschutzziele von Deutschland und der Europäischen Union .

37 I


der EU und Deutschlands zur Klimaneutralität bis zum Jahr 2050 ver-deutlicht, zeigt sich anhand der bestehenden Herausforderungen relativ deutlich, dass die Möglichkeiten der Effizienz und Konsistenz alleine nicht ausreichen werden. Es ist demnach nötig, wie es die unterschiedlichen Positionen auch formulieren, sich mit den individuellen Ansprüchen aus-einanderzusetzen, diese zu hinterfragen und somit Suffizienzstrategien für den Bausektor zu entwickeln.

In Kombination der Konzepte der „Vier E’s der Suffizienz“2 nach Wolfgang Sachs (1993) und dem Prinzip des „ERGO-Rahmens“3 nach Schneide-wind, Zahrnt (2013) hat das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Ener-gie gGmbH, als eines der führenden Institute im Bereich der Suffizienz-forschung, einen ganzheitlich Umgriff zum Thema Suffizienz gewagt. Die Konzepte schaffen eine allgemeine Ein- und Zuordnung des Handlungs-raums von Suffizienz und beschreiben gleichzeitig den dafür benötigten politi-schen Ordnungsrahmen. „Entschleunigen“, räumlich „entflechten“, „entkom-merzialisieren“ und „entrümpeln“ sind die benannten Schlagworte, die hinter den vier E’s stehen und nach Sachs zu einem „maß-vollen Wirtschaftsstil“ füh-ren. Damit ein solcher Lebensstil ermöglicht werden kann, besteht parallel die politische Notwendigkeit und Aufgabe, den dafür nötigen Ordnungsrahmen zu schaffen und politische Leitlinien zur „Ermöglichung“ und „Gestaltung“ von Suffizienzstrategien, sowie zur „Orientierung“ hinsichtlich der Handlungsmög-lichkeiten von Suffizienz zu definieren.

Das Konzept des ERGO-Rahmens orientiert sich dabei an den, von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung im Rahmen der „Better Life Initiative“4 identifizierten elf Faktoren, die das Wohlbefinden des Menschen im Wesentlichen beeinflussen (OECD (Hrsg.) (2020)). Da-rin enthalten sind unter anderem Faktoren wie die Gesundheit, die Work-Life-Balance oder auch das subjektiv empfundene Wohlbefinden. Nach Schneidewind, Zahrnt (2013) haben lediglich „[...] drei dieser [elf] Faktoren eine unmittelbare materielle Qualität und [sind dadurch] eng mit der Höhe des Bruttosozialprodukts verbunden: Einkommen, Arbeit und Wohnbe-dingungen“. Die unmittelbare Abhängigkeit vom Wirtschaftswachstum bei diesen Faktoren fordert insbesondere in diesen Bereichen politischen Gestaltungswillen, um die Abhängigkeiten aufzulösen und Suffizienz er-lauben zu können. „Es gilt Leitbilder zu schaffen und in politische Instru-mente zu übersetzen“ sagen Schneidewind, Zahrnt (2013). Dabei betonen sie, dass in den meisten Fällen politische Programme bereits bestehen und lediglich weiterzuentwickeln seien. Sie schlagen unter anderem vor, die „Zersiedelung“ und den „Flächenverbrauch“ sowie den allgemeinen „Konsum“ und die „Bewerbung“ dieses Konsumverhaltens zu drosseln. „Eintönigkeit“ der gebauten Umwelt sei zu vermeiden. Vielmehr sollte die erhöhte Aufmerksamkeit darauf liegen „vielfältige Aufenthaltsqualitäten“ in Stadträumen umzusetzen, urbane Begegnungsräume zu schaffen oder „aktive Mobilität“5, sowie „Ästhetik in der Architektur“ zu fördern, um Stadt und den öffentlichen Raum zu aktivieren (Schneidewind, Zahrnt (2013)). Das Modell der 2000-Watt-Gesellschaft schafft einen solchen konkreten politischen Rahmen, innerhalb dessen gesteckten Grenzen Entfaltungs-möglichkeiten zur suffizienten Architekturgestaltung entstehen.

2 Die vier E’s: Das Konzept der vier E’s (Entschleunigung, Entflechtung, Entkommerzialisierung, Entrümpelung) des So-ziologen und Theologen Wolfgang Sachs beschreibt den Rahmen eines maßvollen Lebensstils und Ressourcenumgangs.3 ERGO: Der vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH formulierte „ERGO-Rahmen“ (Ermöglichen, Rahmen schaffen, Gestalten, Orientieren) benennt die vier Handlungsfelder der Politik zur Steuerung und Förderung von Suffizienzstrategien.4 Die OECD Well-being Factors gliedern sich im Einzelnen in Income and Wealth, Work and Job Quality, Housing, Health, Knowledge and Skills, Environment Quality, Subjective Well-being, Safty, Work-life Balance, Social Connections, Civil Engagement.5 Aktive Mobilität: Als aktive Mobilität wird in Schneidewind, Zahrnt (2013) Mobilität zusammengefasst die eine aktive Beteiligung bedingen, wie beim Zufußgehen oder Radfahren.

Wohnflächen- verbrauch (Schweiz)

[WFlä. / Pers.]

Erst-aus-stat-tung (Bau-herr)

Betrieb (Ver-walt.)

Nutzerver-halt (Mieter)

15%(Einsparung durch Reduktion der Standardpersonenfläche um ein Drittel (30 m2 statt 45 m2 Wohnflä-che pro Person)

Betrieb (Schweiz)(Wärme, Lüftung, Beleuch-tung, Geräte)

Erst-aus-stat-tung (Bau-herr)

Betrieb (Ver-walt.)


2-4 % 10-18 %(Einsprung durch Wohnungsausstat-tung z.B. kleinerer Kühlschrank, Moni-toringsysteme)

Einsprung durch Aus-stattung und Nutzerverhal-ten, z.B. spar-samer WW-Verbrauch, einfache Geräteausst. und sparsame Nutzung

Mobilität (Schweiz)Erst-aus-stat-tung (Bau-herr)

Betrieb (Ver-walt.)


2-4 % 12-20 %(Einsparung durch Ausstattung z.B. durch reduziertes Parkplatzangebot)

(Einspa-rung durch Ausstattung u. Nutzerverhal-ten, z.B. kein PKW-Besitz)

Tab.: Einsparungspotenziale im Wohnungsbau.

Ergebnisse des Suffizienzpfads Energie am Beispiel Wohnen, der Stadt Zürich, Schweiz zu Potenzialen der Fläche, des Betriebs von Gebäuden, sowie dadurch ausgelöster Mobilität. Die Nutzenden haben im Vergleich zur Bauherrenschaft und Verwaltung laut der Studie aus dem Jahr 2012 die größten Einflussmöglichkeiten.

I 38

Die architektonischen Möglichkeiten die sich daraus ergeben, leiten sich weiterführend aus dem Konzept der „4 E’s“ nach Sachs (1993) ab. Das „E“ der Entschleunigung ist gleichzusetzen mit dem Faktor Zeit. Es wird dabei die Langlebigkeit genutzter Objekte thematisiert und sich gegen die üblich gewordene kurzlebige Nutzungsweise, das vermehrte Konsumieren und stetige Erwarten von Neuem positioniert. Das Sanieren, Umbauen und Weiternutzen von Gebäuden oder Gebäudeteilen rückt in diesem Zusam-menhang in den Fokus und trägt nach Sachs zu einer erhöhten Suffizienz bei. Langlebigkeit erzeugt eine emotionale Bindung zum Objekt, welche wiederum nach Sachs den Erhalt des Objektes fördert. Projektbeispiele, wie das HOP Magdas Hotel in Wien (Abb. 30) oder der Umbau des Bauern-hauses Cilli Sigl im Bayrischen Wald (Abb. 20), lassen die angesprochene emotionale Bindung erahnen und zeigen die ästhetische Eigenständigkeit, die aus der Fortentwicklung des Bestands resultieren kann.

Die Entflechtung als weiterer Handlungsraum von Suffizienz adressiert hingegen, die im Zuge der Globalisierung entstandenen weitläufigen, räumlichen und wirtschaftlichen Zusammenhänge und Verflechtungen zu überdenken. Prozessketten zur Fertigung oder Verwertung von Produkten sind häufig national und international verteilt ausgerichtet. Der ökolo-gische Rucksack eines Gebäudes kann durch verbaute Produkte und Materialitäten demnach bereits mit Inbetriebnahme vergleichsweise ge-füllt sein. Befürworter von Suffizienzstrategien plädieren daher dafür, sich vermehrt auf regionale Wirtschaftskreisläufe zu besinnen, um den Anteil grauer Energie für Produktion und Transport zu senken. Mit der Zunahme der Dezentralisierung des Energienetzes im Zuge des Ausbaus erneuer-barer Energien entsteht aktuell, beinah beiläufig, eine Form Suffizienz-för-dernder Entflechtung gemäß dem angedachten Ansatz nach Sachs.

Die Entkommerzialisierung bildet einen weiteren Handlungsraum, um Suffizienz zu fördern. Sie beschreibt letztlich die Abkehr vom geltenden Prinzip eines profit- und wachstumsorientierten Denkens, zu Gunsten der Förderung nicht-kommerzieller Tätigkeiten. Das Konzept des Postwachs-tums wird in diesem Zusammenhang genannt und formuliert das „Ge-sundschrumpfen der Wirtschaft und Finanzen“ durch eine „Verringerung von Konsum und Produktion [...] als ein Weg zu mehr [...] ökologischer Nachhaltigkeit und Wohlbefinden“ (IHK-Nürnberg (Hrsg.) (2015)). Partizi-pative Architektur6, die auf eine direkte Beteiligung späterer Nutzer abzielt und diese unmittelbar mit ihren individuellen Vorstellungen und Wünschen in den Planungs- und potenziell auch den Ausführungsprozess einbezieht, bewirkt beispielsweise eine am Bedarf und nicht am Profit orientierte, auf die Bewohner zugeschnittene Form des Bauens. Das Konzept des „Co-Housing“7, bei dem innerhalb von Gebäuden einzelne, individuelle und

6 Partizipative Planungsstrategien: Planungsprozesse, die Bürgerinnen und Bürger unmittelbar mit ihren Vorstellungen einbeziehen und Entscheidungen mitbegleiten.7 Co-Housing: Das Co-Housing orientiert sich am Konzept des Co-Living realisiert im Unterschied dazu jedoch innerhalb eines Komplexes oder Gebäudes jeweils eigenständige, private Wohnungen oder Häuser die nebeneinander bestehen. Diese werden dann wiederum durch gemeinschaftliche Einrichtungen, wie Büros, Fitnessstudios oder auch Küchen kombiniert, mit dem Ziel gemeinschaftliches Zusammenleben zu fördern.

Abb. 18: Recycling des Raums als Suffizienzansatz zum ange-messenen Umgang mit der gebauten Umwelt. In An-lehnung an die Wiederver-wendung und Verwertung von Rohstoffen definiert das Recycling des Raums die Wiederverwendung, Weiter- und Umnutzung der Ressource Haus

Abb. 19: Minimum maximieren. (1) Minihäuser in Osaka, Japan, Architekt: unbe-kannt, (2) Tiny House in Washington D.C., USA, Architekt: unbekannt, (3) LifeEdited Apartment, New York USA, Architekt/De-sign: Graham Hill, (4) Cubi-ty. Forschungsprojekt der TU Darmstadt, Architekt/Design: Studierendenteam der TU Darmstadt.

Kontemporäre Gebäude haben nicht mehr nur Schutzfunktionen, sie sind gefüllt mit vielschichtigen Funktionen, Anforderungen und Abhängigkeiten.Ist eine Weiter- und Wiederbenutzung möglich? Zumindest nachhaltig sinnvoll.

ERRICHTEN NUTZEN RÜCKBAU

ERRICHTEN NUTZENWEITER-NUTZEN

UM-NUTZENZWISCHEN-

NUTZEN

... RECYCLEN

konventionelle Nutzung

Recycling des Raums

Kontemporäre Gebäude haben nicht mehr nur Schutzfunktionen, sie sind gefüllt mit vielschichtigen Funktionen, Anforderungen und Abhängigkeiten.Ist eine Weiter- und Wiederbenutzung möglich? Zumindest nachhaltig sinnvoll.

ERRICHTEN NUTZEN RÜCKBAU

ERRICHTEN NUTZENWEITER-NUTZEN

UM-NUTZENZWISCHEN-

NUTZEN

... RECYCLEN

konventionelle Nutzung

Recycling des Raums

(1)

(2)

(3)

(4)

39 I


private Wohneinheiten entstehen, die wiederum über gemeinschaftlich genutzte Flächen des Gebäudes das Zusammenleben stärken, formuliert einen solchen, in weiten Teilen entkommerzialisierten, Ansatz partizipa-tiven gemeinschaftlichen Wohnens. Das im Rahmen der Internationalen Bauausstellung 1987 in Berlin-Kreuzberg genossenschaftlich organisier-te und gebaute Projekt des sogenannten „Wohnregals“ (Abb. 21) zeigt beispielhaft eine Pilotanwendung entkommerzialisierter Architektur. Das Konzept sah ein konstruktives Grundgerüst des Gebäudes vor, innerhalb dessen die einzelnen Bewohnergruppen in Zusammenarbeit mit betei-ligten Baufirmen eigenständig die individuellen Ausbauten vornehmen konnten. Die Eigenleistung der Bewohner kombiniert mit dem im Wesent-lichen verwendeten Material Holz, das während des Ausbaus erlaubte, viele Arbeiten in Eigenleistung umzusetzen, ermöglichte, das Gebäude kostengünstig und individuell ausgelegt zu errichten. Dadurch konnte die zuvor vorhandene heterogene Bewohnerstruktur trotz der wirtschaftlich interessanten innerstädtischen Lage gewahrt bleiben.

Die Entrümpelung als letzter der vier Handlungsräume befasst sich mit der direktesten Form von Suffizienz. Als die „Eleganz der Einfachheit“ be-schreibt es Sachs (1993). „Die Zersplitterung des Geistes ist die Gefahr, die im Überfluss steckt. Wie bei der Kunst alles auf den maßgenauen, den beherrschten Umgang mit Farben oder Tönen ankommt, so verlangt auch die Lebenskunst einen wohldosierten Umgang mit den materiel-len Reichtümern“ (Sachs (1993)). Die tatsächliche Reduktion materieller Besitztümer ist einerseits der nachvollziehbarste, gleichzeitig aber auch der am meisten einschneidende Ansatz, Suffizienz umzusetzen. Im Hin-blick auf das Bauen verdeutlichte das, in der Einführung in Abb. 13 ge-zeigte, Diagramm zum jährlichen Abfallaufkommen des Gebäudesektors in Deutschland, die Wirkung die ein „entrümpelter“ Umgang mit Ressour-cen im Bauen erzielen könnte. Konzepte, wie die der „Sharing Economy“8 oder auch das „Co-Living“9, bei denen die Bedeutung des individuellen Besitzes in den Hintergrund rückt und das gemeinschaftliche Nutzen und Teilen im Vordergrund steht, haben sich unter anderem aus einem alternativen Verständnis zum Materialkonsum entwickeln können. In der Architektur findet man entsprechende Konzepte häufig in genossenschaftlich oder als Baugrup-pe organsierten Projekten. Zur Förderung der Gemeinschaft werden bewusst Individualräume zu Gunsten gemeinschaftlich genutzter Räume begrenzt.

Suffizienz beschäftigt sich demnach zusammengefasst mit der Verände-rung von „[...] Konsummustern, die helfen, innerhalb der ökologischen Tragfähigkeit der Erde zu bleiben [...]“ (Fischer, Grießhammer (2013)). Dies bedeutet letztlich im Hinblick auf den Bausektor eine „Reduktion der Nachfrage nach energierelevanten [und ressourcenintensiven] Gütern und Dienstleistungen [zu erreichen.] Im Unterschied zu den Prinzipien Effizienz und Konsistenz, bei denen bei gleicher Dienstleistung der Energiebedarf mit technischen Maßnahmen reduziert respektive mit erneuerbaren En-ergien substituiert wird, rückt bei der Suffizienz der Mensch mit seinem alltäglichen Verhalten in den Mittelpunkt“ (Pfäffli, Aumann, Gugerli (2013)). In einer, im Jahr 2012 dazu im Auftrag der Stadt Zürich erstellten, Studie (Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012)) ließen sich – betrachtet am Bei-spiel eines typischen zwei Personen Haushalts in der Schweiz – durch Annahme moderat suffizienter Nutzungsweisen typischer Ausstattungen

8 Sharing Economy: Die Sharing Economy, oder auch Collaborative Consumption, steht für den sich entwickelnden Wirtschaftszweigs des Handelns, Tauschens, Teilens und Schenkens materieller und immaterieller Güter, mit dem Ansatz, zum Senken des Gesamtressourcenbedarfs beizutragen, als alternatives Konzept gegenüber dem stetigen Neukaufen von Gegenständen (Bendel (2015), Institut-für-Mittelstandsforschung (Hrsg.) (2019)).9 Co-Living: Das Co-Living wird häufig von Berufsgruppen genutzt, die ihre Leistungsfähigkeit im Beruf aus dem gegenseitigen Austausch beziehen. Das Konzept sieht dabei vor, sich in Arbeits- und Wohngemeinschaften im Austausch untereinander gegenseitig fördern zu können.

Abb. 20: Weiterbauen, nutzen und erhalten. Beispiel eines Umbaus zum Erhalt eines Bauernhauses aus dem 19. Jhdt, Architektur: Pe-ter Haimerl. Architektur.

Abb. 21: Partizipation. Wohnregal in Berlin Kreuzberg, Realisie-rung im Rahmen der inter-nationalen Bauausstellung 1987 als partizipatives Kon-zept, dass den späteren Bewohnern erlaubte die eigene Wohnung individuell auszubauen. Architektur: Peter Stürzebecher, Kjell Nylund, Christof Puttfarken.

I 40

Abb. 22: Handlungsspielräume der Suffizienz zur Verbesserung des Ressourceneinsatzes (inkl. Energie) im Woh-nungsbau mit einem an der Nutzung ausgerichteten Optimum, dass durch eine moderate Anwendung von Suffizienz-Maßnahmen er-reicht wird und nach Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012) potenziell Primäre-nergieeinsparung von bis zu 27% erzielen kann.

in einem ansonsten „effizienten und konsistenten“ Gebäude bis zu 37 % Haushaltsstrom gegenüber einer im Rahmen der Studie als typisch be-zeichneten, vergleichsweisen Nutzung einsparen (Abb. 16). Wenn nicht, wie beispielsweise im Buch „Verbietet das Bauen!“ von Fuhrhop (2015) thematisiert und letztlich im Sinne absoluter Suffizienz erwartet, ganz auf das Bauen verzichtet werden soll, lohnt es sich, die Variabilität im Nut-zerverhalten und damit Prinzipien umsetzbare suffiziente Konzepte von Gebäuden zu untersuchen.

Die allgemeinen Leitlinien von Suffizienz nach Sachs lassen sich zur Kon-kretisierung für den Umgang mit Gebäuden auf die Begriffe der „Anpas-sung“, „Substitution“ und „Reduktion“ zusammenfassen. Die drei eben-falls im wissenschaftlichen Diskurs zum Thema Suffizienz verwendeten Schlagworte (Brisckke, Leuser, Duscha et al. (2016)) eignen sich besser, um einen direkten Zugang zur Entwicklung von Suffizienzstrategien für Gebäude zu finden. Im weiteren Verlauf wird sich daher auf die in Abb. 22 nochmals zusammengestellten Begriffe zur Bewertung baulicher Suf-fizienz bezogen. Anpassung beschreibt in diesem Zusammenhang, eine bestehende Situation zu verbessern oder weiterzuentwickeln. Der Begriff knüpft dadurch unmittelbar an den Handlungsraum der Entschleunigung an, indem sich am Bestehenden orientiert und dieses weiterentwickelt oder verbessert wird. Substitution wiederum ist eng verknüpft mit den Handlungsräumen der Entflechtung und Entschleunigung und befasst sich im Gebäude mit der aktiven Veränderung beziehungsweise dem Er-satz bestehender Erwartungen und Konzepte. Das Reduzieren leitet sich letztlich ab aus dem Handlungsraum des Entrümpelns und ist geprägt von dem konkreten Weglassen bis dato als notwendig erachteter Gegenstän-de, beziehungsweise der selbstreflektierten Begrenzung des Konsums gemäß den Ausführungen von Schmidbauer (1984). Insbesondere das Reduzieren im Gebäude bedingt dementsprechend kreative und ganz-heitliche architektonische Lösungsansätze und Konzepte, die bewusste Reduktionen am und im Gebäude erzielen, ohne dabei nicht akzeptierte Situationen im Gebäude zu schaffen.

Vor dem Hintergrund des Verbesserns, Änderns und Verringerns werden in der weiterführenden Vertiefung baulicher Suffizienz innerhalb der Ar-beit die von Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012) genannten Potenziale als anzustrebende Einsparungen zugrunde gelegt (vgl. Tabelle „Einspa-rungspotenziale im Wohnungsbau.“, Seite 38). Durch die zusätzliche Einbindung von interaktionsfördernder Vernetzung ist jedoch zu erwarten, je nach betrachteter Bewohnergruppe und Nutzungsweise der Wohnräu-me, teils verbesserte Zielwerte erreichen zu können.

maximaler Anspruch (>100%)

derz

eitig

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n Wohnraum Ausstattung und Kom

fort (100%)

mod

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ffizienz

<100%

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r Anspruch

Primärenergiebedarf im Wohnbau Suffizienzoptimum

(angemessener Anspruch)

anpassen - verbessern(maßgeschneiderte Lösungen)

reduzieren - verringern(quantitative Begrenzung)

substitutieren - ändern oder ersetzen(andere Übersetzung)

41 I


2. Definition von Suffizienz

Die energetischen Einsparpotenziale von Suffizienzstrategien im Gebäude sind noch relativ unerschlossen und auch vor dem Hintergrund der Fra-ge, was ein angemessenes Maß darstellt, nur schwer zu verallgemeinern. Während die Inhalte der Effizienz weitestgehend normiert und etablierter Bestandteil des zeitgenössischen Bauens sind, existieren bezüglich der Suffizienz keine normativen Definitionen und Handlungsempfehlungen für den Bausektor. Dabei befasst sich die Suffizienz auf Grund der direkten Adressierung des Nutzerverhaltens unmittelbar mit grundlegenden ar-chitektonischen Fragestellungen und ist somit unmittelbarer Bestandteil intelligenter Architektur- und Raumkonzepte. Während sich die Effizienz im Wesentlichen betriebsenergetischen Fragestellungen widmet und die Konsistenz sich grundlegend an den Belangen grauer Energie im Gebäude orientiert, beeinflusst dabei die Suffizienz gleichzeitig letztlich beide Bereiche gebäudebezogener Energienutzung (Abb. 11, Abb. 23). Es zeigt noch einmal die Bedeutung, sich im Kontext des nachhaltigen Bauens mit den Inhalten zur Steigerung der Angemessenheit im Bauen auseinanderzusetzen.

Die vorab beschriebenen wissenschaftlichen Positionen zur Suffizienz lassen letztlich bei aller Vielfalt dabei eine wesentliche Gemeinsamkeit erkennen. Mit jeweils themenspezifischem Fokus hinterfragen alle der be-nannten Ansätze bestehende individuelle Ansprüche, sei es im Umgang mit Ressourcen im Allgemeinen oder bezogen auf den Anspruch nach Wohnraum, und formulieren, diesen grundsätzlich auf ein angemessenes Maß zu reduzieren. Die vorangestellten Positionen erlauben es daher, zu-sammenfassend bauliche Suffizienz allgemein wie folgt zu definieren:

„Suffizienz beschreibt die Angemessenheit eines getätigten Aufwands im Verhältnis zum resultierenden Nutzen. Je geringer der Aufwand einer baulichen Maßnahme ausfällt, desto höher ist demnach der Suffizienzgrad anzunehmen. Wenn ein Ergebnis die Erwartungen hinreichend, aber nicht im Überfluss – also dem Bedarf nach angemessen – erfüllt, kann von einer suffizienten Umsetzung ausgegangen werden.“

In Ergänzung dazu lässt sich festhalten, dass Suffizienz sich im Allgemei-nen nicht durch einen pauschalen Wert quantifizieren lässt. Es ergibt sich nach eigener Einschätzung viel mehr resultierend aus der Suffizienzbe-wertung einzelner Maßnahmen ein „Suffizienzspektrum“1, dass sich zwi-schen aktuell geltenden minimalen und maximalen Ansprüchen bewegt und innerhalb dessen Grenzen Akzeptanz findender Gestaltungsraum für Suffizienz-fördernde Lösungen entsteht. Die Semantik von Suffizienz, so wie sie in der vorliegenden Arbeit verstanden wird, beschreibt somit nie einen maximal möglichen Verzicht oder, anders ausgedrückt, den mini-malen Bedarf, sondern immer ein sogenanntes „nutzungsorientiertes Optimum“2, dass sich als eine moderate Umsetzung von Suffizienz-Maß-nahmen darstellt (Abb. 22).

Die im Rahmen der Arbeit im Konkreten betrachteten neuen Möglich-keiten, die sich aus der an Bedeutung gewinnenden Digitalisierung er-geben, werden als Chance verstanden, über bauliche Konzepte hinaus durch technische Intervention dieses Optimum erreichen zu können.

1 Suffizienzspektrum: Spannweite zur Eingriffstiefe in der Umsetzung suffizienter Konzepte. Ausgehend von einem minimalen bis hin zu einem maximalen Grad an Anpassung, Substitution und Reduktion.2 (Nutzungsorientiertes) Suffizienzoptimum: Es beschreibt die moderate Anwendung suffizienter Konzepte zur angemes-senen Erfüllung bestehender Nachfragen bei gleichzeitiger Wahrung anspruchsorientierter Komfortvorstellungen.

Abb. 23: Suffizienz, Effizienz und Konsistenz. Bereiche zur Beeinflussung des baulichen Ressourceneinsatzes.

Bau

sekt

or

etabliert

Bau

sekt

or

etabliert


SUFFIZIENZ



SUFFIZIENZ




SUFFIZIENZ




SUFFIZIENZ



T&V

I&N A&V

Technik&

Vernetzung

Interaktion&

NutzungAusstattung

&VolumenSuff

izien

zopti

mum

T&V

I&N A&V

I 42

2.1 Gebäudesuffizienz (GeS)

Suffizienz von Gebäuden lässt sich grundlegend in drei Kategorien diffe-renzieren. Die Naheliegendste Form baulicher Suffizienz, die im Zusam-menhang mit erkannten Rebound-Effekten durch steigende Wohnraum-bedarfe auch bereits im öffentlichen Diskurs thematisiert wird, stellt den Grad der Raumsuffizienz dar. Mit der Gestaltung von Gebäuden, Größen von Wohneinheiten oder Räumen, inklusive deren Ausstattungen, haben Architekten und Planer, in Anlehnung an das von Schmidbauer (1984) beschriebene Prinzip des Konsums durch Gewöhnung, unmittelbaren Einfluss auf die Suffizienz der eigenen Raumansprüche. Das Angebot des Raums wiederum ist unmittelbar gekoppelt an die zweite Katego-rie der Nutzungssuffizienz. Diese beschreibt die Angemessenheit in der Nutzungsweise von Räumen in Abhängigkeit zur Bewohnergruppe. Kon-zepte von multifunktional nutzbaren Räumen, die erlauben, die indivi-duell genutzten Raumvolumen potenziell zu senken, wäre ein Ansatz in diesem Zusammenhang. Die dritte Kategorie bildet die Betrachtung des angemessenen Umgangs mit technischen und infrastrukturellen Ausstat-tungen von Gebäuden. In der Gesamtheit der Einzelmaßnahmen je Kate-gorie ergibt sich letztlich die Gesamtsuffizienz eines Gebäudes:

Gebäudesuffizienz = Raumsuffizienz x Nutzungssuffizienz x Techniksuffizienz

Die beschriebene Gleichung ist weniger als mathematische Formel zu verstehen, sondern verdeutlicht die grundlegenden Abhängigkeiten zwi-schen den einzelnen Kategorien der Gebäudesuffizienz. In Abb. 24 wird dieser Zusammenhang piktogrammatisch dargestellt. Das Suffizienzopti-mum, als ausgewogenes Verhältnis zwischen individueller Einschränkung und verfügbarem Angebot, wird im Gebäude erreicht, indem eine Begren-zung in ausgewogener Form in allen drei Kategorien gleichermaßen er-folgt. Verlagert sich das Verhältnis zu Ungunsten einer Kategorie, beispiels-weise indem minimierte Raumangebote vorliegen, braucht es ausgleichende, erweiterte Qualitäten der weiteren Kategorien, um einen ausgewogenen Grad an Suffizienz erneut erreichen zu können und gleichzeitig ein Verzichtsemp-finden zu vermeiden. Durch Transparenzen, gezielte Möblierungen oder tech-nische Erweiterungen von Räumen ist es beispielsweise denkbar, flexiblere Raumnutzung zu schaffen und das Raumempfinden in Größe und Beschaf-fenheit zu beeinflussen. Die Gleichung besagt demnach zusammenfassend, dass bestehende Insuffizienzen einzelner Kategorien durch die Optimierung der zusätzlichen Kategorien ausgeglichen werden können, um in der Gesamt-betrachtung eine gebäudesuffiziente Lösung zu erzielen.

Abb. 24: Einflussebenen Gebäude-bezogener Suffizienz (GeS) mit dem Suffizienzopti-mum als anzustrebendes, ausgewogenes Verhältnis zwischen Aspekten der Raumsuffizienz (RaS), Nut-zungssuffizienz (NuS) und Techniksuffizienz (TeS).

© AND. studio für architektur und nachhaltigkeitsdesign Christoph Drebes





Technik&

Vernetzung

Nutzung&

Interaktion

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AusstattungSuff

izien

zopti

mum

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Vernetzung

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Technik&

Vernetzung

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NuS RaS

TeS

NuS RaS

TeS

NuS RaS

Ausgleich einer Insuffizienz der Raum-nutzung durch erwei-terte Maßnahmen räumlicher und/oder technischer Suffizienz eines Gebäudes.

Ausgleich einer Insuffizienz im Raum-angebot durch erwei-terte Maßnahmen nutzungsbedingter und/oder technischer Suffizienz eines Gebäudes.

Präsentationsvariante:43 I


Raumsuffizienz (RaS)Der Raum als architektonisches Volumen definiert sich neben den Abmessungen aus Länge, Breite und Höhe durch Gestaltungsmerk-male wie gewählten Konstruktionen, Fügungen, räumliche Gliederung, Materialität oder vorhandenen Ausstattungen. Gleichzeitig schaffen räumliche Beziehungen durch die Anordnung von Öffnungen und Transparenzen spezifische architektonische Qualitäten eines Raums und bieten Anknüpfungspunkte, den raumbezogenen Bedarf nach Ressourcen zu beeinflussen. Im Kontext der Arbeit betrachtet der Raum nicht nur das einzelne Zimmer, sondern definiert allgemein ein umbautes Volumen, das ausgehend vom einzelnen Zimmer über die Wohnung bis hin zum Gesamtgebäude ein Volumen beschreibt, was eine Anzahl an Nutzenden zur Verfügung steht. Durch den direkten Bezug zwischen Bewohnerzahl und Volumen an umbautem Raum lassen sich bewertbare Aussagen zum personenbezogenen Bedarf treffen und vergleichend in spezifischen Projekten anwenden. Mit der Bewertung des Raumvolumens pro Person ergeben sich neben Aussagen zum Bauvolu-men Rückschlüsse auf den konkreten zu erwartenden Energiebedarf.

Nutzungssuffizienz (NuS)Während die Raumsuffizienz Proportionen und Ausstattungen betrach-tet, beschäftigt sich der Bereich der Nutzungssuffizienz gezielt mit der konkreten Nutzungsweise der Räume. Im Bezug zur gegebenen Nutzer-struktur und daraus ableitbaren typischen Verhaltensweisen und tech-nischen Möglichkeiten, diese Suffizienz fördernd zu beeinflussen, können Rückschlüsse darauf gezogen werden, ob ein Gebäude für die jeweilige Nutzung angemessen ausgelegt ist. Anderseits ermöglicht eine gezielte Betrachtung des Nutzerverhaltens Rückschlüsse darauf zu ziehen, ob ein gegebenes Raumangebot mit dessen bauphysikalischer Ausführung und technischen Ausstattungen entsprechend genutzt wird. Es lässt sich ableiten, ob sich die Bewohner im Verhalten beispielsweise dem realisierten Energiestandard bewusst sind oder dieses Bewusstsein durch ergänzende technische Kommunikationsschnittstellen im Ge-bäude geschaffen werden könnte. Ein technisches Beispiel in diesem Zusammenhang wäre die Echtzeitdarstellung von regenerativen En-ergieangeboten zur Sensibilisierung der Bewohner hinsichtlich der zeitlichen Verwendung planbarer Energieverbraucher, was unmittelbar überleitet zur Kategorie der Techniksuffizienz.

Techniksuffizienz (TeS)Die suffiziente Ausstattung und Nutzung von Technik im Gebäude stellen vor der behandelten Fragestellung der Arbeit eine besondere Herausforderung dar. Während einerseits immer neue technische An-wendungen entstehen, umreißt die Kategorie der Techniksuffizienz die Vor- und Nachteile, die sich unter Anwendung dieser Technologien aus energiesuffizienter Sicht für das Bauen ergeben. Dementsprechend beschreibt diese Kategorie nicht nur klassische Gebäudetechnik und infrastrukturelle Ausstattungen, sondern behandelt auch Suffizienzfra-gen zukünftiger, technischer Interaktionsfähigkeit von Gebäuden und resultierenden Effekten hinsichtlich des Energieverbrauchs. Je besser ein Gebäude auf seine Nutzung technisch-funktional abgestimmt ist, beziehungsweise sich bei wechselnden Nutzergruppen flexibel regeln lässt, desto angemessener wird der Technik-induzierte Energiever-brauch sich darstellen.

Abb. 25: Minimum maximieren. Moriyama House in Tokyo, Japan, Architektur: Office of Ryue Nishizawa.

I 44

2.2 Energiesuffizienz durch Interaktion

„Energiesuffizienz ist eine Strategie mit dem Ziel, die aufgewendete Men-ge an technisch bereitgestellter Energie durch Veränderungen des Tech-niknutzens und weiterer Nutzenaspekte auf ein nachhaltiges Maß zu be-grenzen oder zu reduzieren.“3

Suffizienz lässt sich allgemein betrachtet nur schwer quantifizieren, da die Vorstellung dessen, was angemessen für eine spezifische Situation ist, sich oftmals aus rein subjektiver, individueller Wahrnehmung ablei-tet. Während eine Person die Situation als angemessen erachtet, wirkt dieselbe für eine weitere Person als unangemessen. Indem der resultie-rende Energiebedarf in die Betrachtung mit einbezogen wird, ergibt sich eine erste vergleichende Bewertungsmöglichkeit hinsichtlich der Suffizienz. Während anhand des Kapitels „Positionen zur Suffizienz“ grundlegende, richtungsweisende Aussagen darüber getroffen werden, welche Maßnah-men zur allgemeinen Steigerung von Suffizienz beitragen, ermöglichen Aus-sagen zu resultierenden Energiebedarfen die Wirksamkeit einzelner baulich technischer Interaktionsstrategien, wie sie im nachfolgenden Kapitel Kap. VI beschrieben sind, zu überprüfen. Die zusätzliche Zuordnung der einzelnen Interaktionsformen zu den vorab beschriebenen Kategorien baulicher Suffi-zienz (Raumsuffizienz, Nutzungssuffizienz, Techniksuffizienz) erreicht letztlich, unterschiedliche, für ein Gebäude angedachte Suffizienzstrategien inklusive genutzter Interaktionsformen des Gebäudes hinsichtlich des technischen Auf-wands und der energetischen Wirksamkeit vergleichend gegenüberstellen zu können und abhängig von der Raumnutzung zu selektieren.

3. Ansätze baulicher Suffizienz im Wohnungsbau

Die einführend differenziert dargelegten unterschiedlichen Aspekte von Suffizienz im Kontext von Gebäuden haben in der Vergangenheit teils unbewusst, aber auch durch gezielte Berücksichtigung in Architektur und definierten Leitlinien, für Gebäude und bauliche Strukturen Anwen-dung gefunden. Das vorab beschriebene energiepolitische Modell der 2000-Watt-Gesellschaft wurde sicherlich unter der bewussten Zielvor-gabe, Suffizienz im Bauwesen zu etablieren, als gesellschaftspolitisches Rahmenmodell entwickelt. Das genossenschaftliche Wohn- und Ge-schäftshaus Badenerstraße 380, das von dem Büro pool Architekten aus Zürich in Zusammenarbeit mit der Baugenossenschaft Zurlinden geplant und gebaut wurde, ist als ein Beispielprojekt als Geschosswohnungsbau mit erdgeschossiger Gewerbenutzung unter anderem nach den Krite-rien der 2000-Watt-Gesellschaft entstanden. Die Genossenschaft hatte sich vor Projektbeginn die Vorgabe gemacht, einen die Umwelt achtenden Neubau zu realisieren. Dementsprechend wurden zum Beispiel alle Oberge-schosse als Holzbau realisiert, um so den Bedarf an grauer Energie zu senken. Gleichzeitig verpflichtete man sich als Bewohner dieses Hauses während der Nutzungsphase zum nachhaltigen Umgang mit Energie (Abb. 26 (1)).

Die ebenfalls genossenschaftlich organisierte und nach dem Programm der „2000-Watt-Areale“ realisierte Blockrandbebauung der Kalkbreite in Zürich von Müller Sigrist Architekten entstand unter partizipativer Beteili-gung der Bewohner. Die Blockrandstruktur rahmt dabei eine im Innenhof angeordnete Tram-Abstellhalle, die wiederum auf der Dachfläche den Be-wohnern sowie Passanten aus der Umgebung als öffentlicher Außenraum dient. Die komplexe innenräumliche Nutzungsstruktur, die Interaktion un-3 Kurzdefinition des Begriffs Energiesuffizienz nach Brischke, Leuser, Duscha et al. (2016)

Abb. 26: Teilen und kombinieren. Konzepte des Teilens von Architektur und Objekten am Beispiel verschie-dener Wohngebäude die nach den Kritierien der 2000-Watt-Gesellschaft entstanden sind: (1) Wohn-/Geschäftshaus Badener Straße 380, Architektur: pool Architekten; (2) Kalkbreite, Architektur: Müller Sigrist Architekten; (3) Dialogweg 6 / Die Innen-stadt, Architektur: Duplex Architekten.

(3)

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(2)

45 I


ter den Bewohnern fördern und die Nutzung der Räume möglichst flexibel gestalten soll, prägt dieses Bauwerk. Mittels sogenannter „Jokerräume“ ist es den Bewohnern beispielsweise möglich, im Bedarfsfall zur eigenen Wohnung zeitlich befristet zusätzliche Räume hinzuzumieten (Abb. 26 (2)). Die Unter-schiedlichkeit der beiden angeführten Projektbeispiele veranschaulicht, dass trotz der begrenzenden Leitlinien des 2000-Watt-Programms auf allen Ebenen der Gebäudesuffizienz architektonische Gestaltungsfreiräume bestehen.

Einen grundlegend anderen Ansatz bieten hingegen Konzepte zum The-ma der Raumnutzung, wie das Tinyhouse4 oder das Konzept des Micro-Living5. Die anfänglich im Wesentlichen in Ballungszentren des nordame-rikanischen und asiatischen Raums vorzufindenden Ansätze zeigen sich mittlerweile auch vermehrt in Projekten europäischer Ballungsräume. Auf kleinster, beziehungsweise dem Begriff des Tinyhouse folgend „win-ziger“, Fläche und minimiertem Raumvolumen werden multifunktionale Raum- und Nutzungsangebote geschaffen (Beispiele siehe Abb. 19). „Klei-ne Wohneinheiten mit großer Lebensqualität“, wie es in einem Buchkapitel von Graft Architekten, Schuldt (2018) heißt. In japanischer Architektur sind das Thema des optimierten Raumangebots und die Frage nach alternativen Wohnraumkonzepten auf Grund der Knappheit des Baugrunds, insbesondere in Städten wie Tokyo, von jeher Bestandteile der Architekturplanung. Der be-reits in den 1970er Jahren gebaute Nakagin Capsule Tower vom Architekten Kisho Kurokawa, in dem sich einzelne Wohnkapseln mit einer Größe von nur 2,3 x 3,8 x 2,1 Metern um einen zentralen Erschließungskern anordnen, ist daher nur ein frühes Beispiel raumsparender Konzepte des japanischen Woh-nungsbaus. Ein Projekt der jüngsten Vergangenheit, das sich ausgiebig mit Raumgrößen und der Nutzung der dazwischen entstehenden Zwischenräu-men6 auseinandergesetzt hat, ist das Moriyama House vom Architekt Ryue Nishizawa. Das ebenfalls in Tokyo in Ota City als „Dorf“ konzipierte und auf 130 Quadratmetern Wohnfläche – und ähnlich großer Fläche an Zwischenraum – einer Gemeinschaft aus acht Bewohnern Platz bietende Haus zeichnet sich durch die räumlichen Qualitäten, die trotz teils minimal gewählter Raumgrößen entstehen, aus. Dabei nutzt der Architekt die zwischen den zehn versetzt zu einander stehenden Kuben entstehenden Außenräume, um den begrenzten Wohnraum im Inneren in den Außenbereich zu erweitern (Tschechne (2019)).

Anders als beim Umgang mit minimierten Raumvolumen finden Prinzipien des Teilens und gemeinschaftlichen Nutzens als Ersatz für den eigenen Besitz vie-lerorts Anwendung. Im mitteleuropäischen Raum ist dieser Raum- und Nut-zungssuffizienz fördernde Ansatz nicht zuletzt stark geprägt durch die lange Tradition im Bereich des genossenschaftlichen Wohnens. Neben dem bereits erwähnten Projekt Kalkbreite zeigt das Hunziker Areal in Zürich mit dessen un-terschiedlichen, ebenfalls genossenschaftlich organisierten Wohnungsbauten verschiedene Herangehensweisen, die Individualräume zu Gunsten gemein-schaftlich genutzter Raumangebote zu reduzieren. Im Wohnprojekt Dialogweg 6 (Abb. 26 (3)) von Duplex Architekten, auch als „Die Innenstadt“ bezeichnet, wurde das Wechselspiel aus privaten und gemeinschaftlich genutzten Räu-men konzeptionell begründet und durch die Erschließungsstruktur im Inneren des Gebäudes die Interaktion zwischen den Bewohnern bewusst gefördert. Es werden verschiedene Begegnungsräume angeboten, die direkte wie indi-rekte Kommunikationsmöglichkeiten gleichermaßen ermöglichen. In ähnlicher

4 Tiny-House-Konzept: Das Tiny House oder „winzige“ Haus beschreibt ein Konzept, nach dem die kompakt-mög-lichste Bauform gesucht wird: „Living a simpler Live in a smaller space“ (https://www.tinyhomebuilders.com). Meist als mobiles Haus konzipiert, orientiert sich die Bauweise an einer Größe zwischen 10 bis 50 Quadratmetern.5 Micro-Living / Micro-Housing: Das Micro-Living-Konzept wird in Ballungsräumen angewendet, um selbst minimale Räume durch flexible Raumgestaltung als Wohnraum nutzbar zu machen: „Kleine Wohneinheiten mit großer Lebensquali-tät“ (Graft Architekten, Schuldt (2018))6 Zwischenraum: Raumanteile im Innen- und Außenraum von Wohneinheiten, die nicht eindeutig einer spezifischen Nutzung beziehungsweise einem Raum zugeordnet werden können und daher oftmals mehrere Funktionen erfüllen.

Abb. 28: Akzeptanz und Bindung. Alt-Erlaa Wohnpark, Archi-tektur: Arge Harry Glück & Partner, Kurt Hlaweniczka und Requat & Reinthaller.

Abb. 27: Aneignen und weiterbauen. Quinta Monroy, Architektur: ELEMENTAL.

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Kleiderraum

Arbeitszimmer 1WC

Bad

Schlafzimmer

Kinderzimmer

Wohnzimmer

Küche / Essen

Arbeitszimmer 2Flur

Begehbarer Schrank

Schlafzimmer Badezimmer

Küche

TeenagerWohnen / Essen

WC

KatzenweltLager

Arbeit 1

Arbeit 2

Abstellkammer

Wohnzimmer

Küche

Gäste / Arbeit

Kinderzimmer

Kleiderraum

Schlafzimmer

Bad Flur

GarderobeEingang

WohnenArbeitenEssen

Küchenzeile

Storage

SchlafenAnkleide

Bad / WC

Maya & Clemens Judith & Florian

Bärbel & Christoph Anne & Thomas

Imke & Tim Katja & Klaus

SchlafenBad

Küche

Wohnen

Essen Kind Arbeit

WC

GastWohnzimmer

Essplatz Kochnische

Arbeitszimmer

Kinderzimmer 1Garderobe

Kinderzimmer 2

Bad

Schlafzimmer

Flur

WC

Stephanie & Jesko Steffi & Felix

Suse & ChristophNatascha & Sven

Ruth & Andreas Heike & Anton

TV & SofaSofa

Ankleidezimmer Bad

Bett

Jugendzimmer

KücheEsstisch

WCSchrank

WohnzimmerFlurBad

WC

Schlafen

Gäste

Abstellen

Essplatz

Arbeiten 1

Arbeiten 2

Kochnische

Kind 2

BadAbstellkammer

Schlafen

Wohn- / Esszimmer

WCFlur

Küche

Kind 1

Nina & Timo Silke & Gunnar Peter & Frank Sylvie & Frank

Kind KücheBad

Schlafen

WC

Arbeit 2

Arbeit 1

Essen / Wohnen

Flur

Balkon

Gäste

Gästebad Flur

Bad

Schlafen

Abstellen

Wohnen, Kochen, Essen

Schlafen Arbeitsraum

Garderobe

BadWC

Küche

Klavier Wohnzimmer Essplatz Kind 1 Kind 3

Kind 2

Bibliothek

Kinderzimmer 1

Kinderzimmer 2

Kinderzimmer 3

Küche Esszimmer

Wohnzimmer

WCBadAbstellkammerGarderobe

Schlafzimmer

Arbeit Schlafen

Bad

Küche / Wohnen

R50Wohnreport 03Automatische AuswertungPrinzip der Graphendarstellung

Seite 2

Liste der Räume

Größe der Räume

Verbindung der Räume Optimierter Graph

Dieses Blatt zeigt schematisch die Enstehung eines Graphen aus den Raumgrößen und der Matrix der Raumbezüge. Das Endresultat unten ist eine be-rechnete optimierte Darstellung des Bezugssystems - kreuzungsfrei und mit möglichst kurzen Strecken. Auf den folgenden Seite seht ihr alle Graphen im Vergleich.

Garderobe

Küche

Essplatz Arbeitsraum

Bad

Abstellkammer

Schlafzimmer 1

Schlafzimmer 2WC

Wohnraum

Flur

Wohnen/Essen

Kind 1

Kind 2Küche

Bad

W C

Abb. 30: Umnutzen. Sanierung und Umnutzung des Magdas Hotel der Caritas Erzdiözese in Wien, Architektur: AllesWirdGut Architektur ZT GmbH.

Abb. 29: Partizipieren. R50, Co-Housing Bau-gruppenprojekt in Berlin Kreuzberg, Architektur: ifau und Jesko Fezer I Heide & von Beckerath.

Form wird ein kommunikationsförderndes Konzept im Berliner Projekt R50 durch die Kooperation vom ifau und Jesko Fezer in Zusammenarbeit mit Hei-de & von Beckerath realisiert. Dieser Geschosswohnungsbau erreicht durch konsequente Anwendung des Konzepts partizipativer Architektur (Abb. 29) im Gespräch mit den späteren Bewohnern individuell abgestimmte, geschoss-weise variierende und dadurch letztlich bedarfs-angemessene Raumkonfigu-rationen der vorhandenen Wohneinheiten. Dabei zeigt die Gegenüberstellung zweier Projekte aus Zürich und Berlin, dass es sich nicht um einen lokal be-grenzten Trend handelt. Viel mehr werden weltweit die Chancen partizipativer Architektur aufgegriffen. Das Wohnungsbau-Projekt Quinta Monroy von Ale-jandro Aravena I Elemental in Iquique zeigt ein Beispiel aus Chile (Abb. 41). Auf Grund der sehr begrenzten Budgetvorgaben wurde ein sozialer Wohnungsbau nach dem Konzept der „Incremental Houses“, den schrittweise entstehenden Häusern, errichtet. Die Gebäude wurden fertig geplant, jedoch lediglich nur die Hälfte einer Wohneinheit errichtet, sodass die fehlende Hälfte in Eigenlei-stung erweitert werden konnte. Ähnlich dem vorab beschriebenen Konzept des Wohnregals im Rahmen der Internationalen Bauausstellung 1987 in Ber-lin. Entsprechend des Ansatzes der Entschleunigung schafft die individuelle Ausgestaltung der einzelnen Wohnungen neben der Senkung von Baukosten beinah beiläufig, eine emotionale Bindung zum Ort und Gebäude herzustellen. Dabei ist durch die eigenständige Erweiterung zu erwarten, dass die Wohn-räume eine angemessene Nutzungsweise erfahren.

Das Weiterentwickeln, Weiternutzen und Umnutzen ganzer Gebäude so-wie gegebenen Strukturen, wie Konstruktionen oder auch Ausstattungen und Mobiliar, bewirkt somit auf eine unmittelbare, einfache Weise emotionale Bindungen aufzubauen und dadurch die Suffizienz im Gebäude zu fördern. Während im Beispiel der Quinta Monroy dieses Prinzip im Neubau genutzt wurde, haben die Architekten AllesWirdGut dies beim Umbau des Bestands-gebäudes des Projekts Magdas Hotel in Wien angewandt (Abb. 41). Im Zuge der Sanierung und Umnutzung wurden das im Bestand vorgefundene Mobiliar und Ausstattungsobjekte, die sich seit Errichtung des Gebäudes über die Jah-re der Nutzung angesammelt hatten, in das neue Nutzungskonzept integriert. Sie dienen den Architekten als Akzente in dem ansonsten dezent gehaltenen Farbkonzept der sanierten Innenräume und schaffen so einen eigenständigen, identitätsstiftenden Charakter im Gebäude. Die Dauerhaftigkeit durch identi-tätsstiftende Eigenschaften aus der Weiternutzen eines Gebäudes lassen auch ein Projekt, wie den Wohnpark Alt-Erlaa in Wien vom Architekten Har-ry Glück (Abb. 28), als ein Beispiel suffizienter Architektur erscheinen. Die un-terschiedlichen, gemeinschaftlich nutzbaren infrastrukturellen Einrichtungen des Gebäudekomplexes bis hin zu integrierten Außenswimmingpools über den Dächern Wiens machen den teils kontrovers diskutierten Komplex trotz der relativ hohen baulichen Dichte bis heute zu einem beliebten Wohnort.

Die angeführten Beispiele konzentrieren sich primär auf Aspekte der Raumsuffizienz, kombiniert mit Fragestellungen der Nutzungssuffizienz. Sie verdeutlichen, dass eine Umsetzung baulicher Suffizienz nicht bedeu-tet, architektonische Qualität zu vernachlässigen, sondern dazu beitragen kann, architektonische Vielfalt zu wahren und zu fördern. Die in der For-schungsfrage aufgeworfenen Aspekte zur Suffizienzförderung durch Ver-netzung und Interaktion von Gebäuden, bei denen die Techniksuffizienz in den Fokus rückt, knüpfen daher nahtlos daran an. Es ist ebenfalls zu erwarten, dass die zukünftig nutzbaren vielfältigen technischen Möglich-keiten zur Beeinflussung baulicher Suffizienz durch Interaktionsmöglich-keiten von Gebäuden, die architektonische Qualität und Vielfalt ebenfalls eher bereichern werden, als die Gestaltungsmöglichkeiten und Qualität durch restriktive Eigenschaften einzuschränken.

47 I


KAp. IV Raumanspruch im Wohnungsbau

49 I

Raumanspruch im Wohnungsbau

1. Anspruch und Bedarf, Fläche und Raum

Die Bedeutung und Verwendung der Begriffe „Anspruch“ und „Bedarf“ sowie „Fläche“ und „Raum“ sind zur richtigen Deutungsweise der nachfolgenden Kennwerte wesentlich und bedürfen daher der einführenden Erläuterung und Differenzierung. Der naheliegendste Unterschied besteht hinsichtlich der Flä-che und dem Raum. Während die Fläche die im Grundriss projizierte, zweidi-mensionale Ausdehnung baulicher Strukturen beschreibt, ergibt sich aus der Fläche ergänzt um die Höhe der Raum als umbautes Volumen. In Ergänzung zu gängigen Nachschlagewerken hinsichtlich typischen Flächenkennwerten im Wohnungsbau, wie im Nachschlagewerk von Neufert (2018) oder Jocher, Loch, Wüstenrot Stiftung (Hrsg.) (2012), zeigen die hier dokumentierten Ein-teilungen nach Flächen und Raumvolumen, jeweils unterteilt nach Nutzungs-bereichen und differenziert nach Gebäudetypologien. Es sind ausgehend von denen in Anlage Kapitel 5.1 analysierten Projekten mit einer überwiegenden Bauzeit zwischen den Jahren 2000 bis 2019 Flächen- wie Volumenverhält-nisse ermittelt worden, die als Grundlage zur weiteren Betrachtung von Suffi-zienzpotenzialen herangezogen werden. Die Ergebnisse spiegeln gleichzeitig die Spannweite aktueller Erwartungen in Wohngebäuden wider.

Für die Unterscheidung zwischen dem Anspruch im Vergleich zum Bedarf hilft es die im einleitenden Kapitel in Abb. 7 abgedruckten Durchschnittswer-te zur Wohnflächennutzung pro Kopf (Umweltbundesamt (Hrsg.) (2019b)) zu betrachten. Während die gezeigten Werte die langzeitliche Entwicklungsten-denz der Wohnflächennutzung in Deutschland einordnen lassen, erlauben die Durchschnittswerte andererseits jedoch keinen unmittelbaren Rückschluss darauf zu ziehen, welches die maximalen und minimalen Flächenbedarfe sind und wie sich innerhalb dieser Spannweite der statistische Durchschnittswert zum Flächenbedarf pro Kopf einordnet. Die Spreizung zwischen den Extrem-werten der minimalen und maximalen Fläche pro Kopf gibt dabei Aufschluss darüber, welche Flächen- und letztlich Raumbedarfe aus zeitgenössischer Sicht alternative, Akzeptanz findende Wohnflächenansprüche im Vergleich zum statistischen Durchschnitt darstellen.

Die rein quantitative Aussage zum Flächenbedarf pro Person wird der Definition qualitätsvollen Wohnens vor dem Hintergrund des Themas der Suffizienz jedoch nicht gerecht. Es bestehen weitere grundlegende wei-che Faktoren, die entscheidend in die subjektive Bewertung eines Wohn-raums durch den Bewohnenden miteinfließen. Der Philosoph und Päda-goge Otto Friedrich Bollnow beschreibt das Wesen des Wohnens daher auch als das Gefühl „[...] an einem bestimmten Ort zu Hause sein, in ihm verwurzelt sein und an ihn hingehören“ (Bollnow (2010)). Es braucht nach Bollnow neben dem quantitativen gebauten Volumen eine „Wohnlichkeit“ oder „Behaglichkeit“, den Komfort eines Raums, um die vorhandenen Proportionen, Ausstattungen, Haptik oder thermischen Eigenschaften für die Bewohner erlebbar zu machen. Die daraus ableitbaren verschieden-artigen individuellen Vorstellungen hinsichtlich der Ausführung von Archi-tektur, eines Raumes oder dessen Ausgestaltung zeichnen die Bedeutung des Begriffs Anspruch aus, wie er im Rahmen dieser Arbeit verstanden wird. Der Anspruch beschreibt demnach die Gesamtheit möglicher indivi-dueller Vorstellungen dessen, was bei der Nutzung von Wohnräumen er-wartet wird. Während der Bedarf einen konkreten Zielwert benennt, zeigt der Anspruch eine Vielfalt und Spannweite möglicher Bedarfe auf. Es ergibt sich entgegen den statistischen Durchschnittswerten des Umweltbundesamtes somit ein Handlungsspielraum zwischen den Maximal- und Minimalwerten, der potenzielle Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich der räumlichen Suffizi-enz eines Gebäudes aufzeigt. Als Suffizienzspektrum einführend definiert er-

Abb. 31: Analyseebenen von Woh-nungsbauten zur Ermittlung zeitgenössischer Wohnan-sprüche.

Wohnen

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möglicht die beschriebene Spannweite den individuellen Bedarf nach Fläche, respektive Raum, durch alternative Annahmen innerhalb des Spektrums zu senken, ohne ein Verzichtsempfinden der Bewohner erwarten zu lassen.

2. Erfassung zeitgenössischer Wohnraumansprüche

Die Erfassung zeitgenössischer Ansprüche nach Wohnraum erfolgt in der Unterscheidung nach Gebäudetypen (Wohnhochhaus bis Einfamilienhaus), Art der vorliegenden Wohneinheit (Gesamtgebäude oder einzelne Wohnein-heit als Teil eines Gebäudes) unterteilt nach der Nutzungsweise betrachteter Räume (gemeinschaftlich, privat genutzt) und differenziert nach Nutzungsbe-reichen (Wohn- oder Funktionsbereiche). Die Ergebnisse ermöglichen einen differenzierteren Blick auf die Verwendung von Wohnfläche und Wohnraum und erlauben in Kombination mit zugrunde gelegten Bewohnergruppen, wie sie in Anlage Anl-3 beschrieben sind Angaben zum Flächen- und Raumbedarf pro Person zu treffen. Die Betrachtung des genutzten Raums im Unterschied zu bisherigen Bewertungen über die Fläche ist dabei im Hinblick auf Aussa-gen zur baulichen und energetischen Suffizienz ebenso essentiell, wie die Möglichkeit zur Bewertung des genutzten umbautem Raums in Abhängigkeit zur Bezugsebene der einzelnen Person. Durch die mögliche Umrechnung der dokumentierten Kennwerte auf den Raumanspruch pro Person lassen sich Aussagen hinsichtlich der Nutzerdichte innerhalb betrachteter Wohneinheiten treffen. Indem die vorhandenen Flächen- und Raumgrößen ins Verhältnis ge-setzt werden zu der Anzahl an Personen je Haushalt, lassen sich betrachtete Varianten an Wohnungsbauten hinsichtlich der räumlichen Suffizienz verglei-chen und analysieren.

Unter dem Fokus der benannten Bezugsgrößen wurden ergänzt durch stu-dentische Forschungstätigkeiten umfangreiche Analysen des Wohnungsbaus im mitteleuropäischen Raum vorgenommen. Die Projektauswahl konzentrierte sich dabei auf die Länder Deutschland, Österreich, Schweiz und die Niederlan-de. Es wurden unterteilt nach fünf verschiedenen Gebäudetypen 149 Wohn-einheiten aus 57 Wohngebäuden ausgewertet. Die Gebäudetypen gliedern sich in Einfamilienhäuser (EFH), Doppelhäuser (DH), Reihenhäuser (RH) und den Geschosswohnungsbau als Gesamtheit verschiedener morphologischer Ausprägungen, wie beispielsweise dem Zeilenbau, der Kammstruktur oder dem offenen und geschlossenen Blockrand. Das Punkthochhaus (HH oder PHH) ist als einzige Morphologie des Geschosswohnungsbaus auf Grund der erneuten Relevanz in verdichteten innerstädtischen Quartieren separat be-trachtet worden. In der weiteren Differenzierung der ausgewählten Wohnein-heiten wurde gemäß der Darstellung Abb. 31 zwischen gemeinschaftlich und privat genutzten Bereichen unterschieden. Zudem erfolgte die Unterscheidung der einzelnen Wohneinheiten in die Nutzungsbereiche Wohnen (wo), Kochen (ko), Essen (es), Erschließen (er), Arbeiten (ar), sowie Sanitärbereiche (sa) und private Rückzugsbereiche (ru), welche primär Schlafräume abbilden. Es wur-den zudem die Anteile des zuvor schon einmal beschriebenen Bereichs des Zwischenraums (zw) je Wohneinheit analysiert. Der Zwischenraum beschreibt verbindende Zonen innerhalb der Wohneinheiten, die nicht eindeutig einer der zuvor benannten Kategorien zugeordnet werden konnten und gleichzeitig oftmals mehrere Funktionen innerhalb einer Wohnung erfüllen. In den Aus-wertungen sind weitergehend Außenräume (ar), die direkt einer Wohneinheit zuzuordnen sind, berücksichtigt. Diese wurden nach Art des Außenraums unterschieden in an Gebäude applizierte Bereiche, wie Balkone und Terras-se und im Gebäudevolumen integrierte Bereiche, wie Loggien unterschie-den. Weitere nicht zuordenbare Bereiche wurden zusammengefasst unter der Kategorie Sonstige (so).

Abb. 32: Analysebeispiel zur Er-mittlung von Raum- und Flächenansprüchen im Wohnungsbau am Bei-spiel des Osaka House, Fujiwara Muro Architects. Gliederung des Gebäu-des in funktional gleiche Nutzungseinheiten als Grundriss, Ansicht und dreidimensionale Raument-wicklung zur Erfassung der zugehörigen Flächen und Raumvolumen.

Fujiwara Muro Architects, Osaka House, 2017

(Schlaf-)ZimmerWohnen / Essen / KochenArbeitsräumeSanitärNebenräumeZwischenraumErschließungAußenbereichLeerraum / LuftraumGemeinschaft

51,36 m3

51,24 m3

11,33 m3

18,42 m3

7,09 m3

14,71 m3

96,05 m3

23,49 m3

0,00 m3

0,00 m3

273,69 m3

Fläche

26,29 m2

21,81 m2

4,83 m2

8,44 m2

1,87 m2

5,55 m2

39,46 m2

9,41 m2

11,09 m2

0,00 m2

128,75 m2

Volumen

Gesamt

Einfamilienhaus

Schnitt A-A


14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

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11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

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2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

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11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

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2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

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5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

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2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

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Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

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Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

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11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

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2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

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Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m214,97 m2

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5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

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11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

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Grundriss EG

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Grundriss 1 OG

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Schnitt A-A

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2,16 m2

Grundriss EG

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Grundriss EG

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Grundriss 1 OG

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Grundriss EG

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2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m214,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2

14,97 m2

3,5m2

5,55 m2

7,42 m2

3,73 m2

3,5 m2

2,98 m2

1,46 m2

2,26 m2

4,88 m2 4,85 m2 12,08 m2

2,35 m2

1,8 m21,35 m2

2,45 m2

1,58 m2

2,1 m2

1,86 m21,15 m2

4,83 m2

1,7

5 m

2

11,32 m22,16 m2

2,03 m2

1,77 m21,55 m2

2,84 m2 4,05 m2 3,02 m2

6,98 m2

0,72 m2

1,7

5 m

2

2,16 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss UG

18,47 m2

Schnitt A-A

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss 1 OG

43,03 m2

Grundriss 2 OG

40,35 m2

Grundriss EG

26,90 m2

Grundriss UG

18,47 m2



51,36 m3

51,24 m3

11,33 m3

18,42 m3

7,09 m3

14,71 m3

96,05 m3

23,49 m3

0,00 m3

0,00 m3

273,69 m3

Fläche

26,29 m2

21,81 m2

4,83 m2

8,44 m2

1,87 m2

5,55 m2

39,46 m2

9,41 m2

11,09 m2

0,00 m2

128,75 m2

Volumen

Gesamt

Einfamilienhaus

Schnitt A-A



51,36 m3

51,24 m3

11,33 m3

18,42 m3

7,09 m3

14,71 m3

96,05 m3

23,49 m3

0,00 m3

0,00 m3

273,69 m3

Fläche

26,29 m2

21,81 m2

4,83 m2

8,44 m2

1,87 m2

5,55 m2

39,46 m2

9,41 m2

11,09 m2

0,00 m2

128,75 m2

Volumen

Gesamt

Einfamilienhaus

Schnitt A-A

51 I


Abb. 33: Piktogrammatischer Vergleich räumlicher Ausdehnung unterschied-licher Gebäudetypen im Vergleich zum allgemeinen Durchschnitt für mitteleu-ropäischen Wohnungsbau (o. Maßstab): Allgemei-ner Durchschnitt (allg.), Geschosswohnungsbau (GWB), Punkthochhaus (HH), Reihenhaus (RH), Doppelhaus (DH), Einfamili-enhaus (EFH).

Die Berechnung der Wohnflächen im Rahmen der studentischen For-schungsarbeiten erfolgte in Anlehnung an die Berechnungen nach Wohn-flächenverordnung (WoFIV) in der Fassung des Jahres 2003 (BMJV (Hrsg.) (2003)). Die entstandene Informationsdatenbasis zum zeitgenössischen Wohnungsbau schafft einen Überblick darüber, was nach aktuellen Vor-stellungen als angemessene Wohnungs- und Raumgrößen akzeptiert be-ziehungsweise erwartet wird. Die beschriebene Spreizung und die abgebil-deten Ansprüche nach Raum und Fläche, kategorisiert nach Gebäudetyp und Nutzung, ermöglichen im Entwurfsprozess, Raumgrößen abzuwägen und suffiziente Raumangebote zu fördern. Der an sich als subjektiv gel-tende Begriff der Suffizienz erhält somit durch die Herangehensweise eine quantifizierbare Bewertungsmöglichkeit als Raumsuffizienz in Gebäuden.

3. Wohnraum und Flächenansprüche im mitteleuropäischen Wohnungsbau

Die in den folgenden Absätzen beschriebenen Analyseergebnisse zum Wohnraumanspruch finden sich in der Anlage „Anspruch an Wohnraum, Fläche und Ausstattungen“ nochmals detaillierter aufgeschlüsselt darge-stellt. Während sich nachfolgend vordergründig auf die Medianwerte je Gebäudetypologie bezogen wird, zeigt die Anlage unter anderem die ma-ximalen Wohnraum- und Flächenbedarfe.

Die als Raum-Nutzen-Diagramme (R-N-Diagramm)1 bezeichneten Vo-lumendiagramme zur Ergebnisdarstellung in Abb. 34 und Abb. 36 kom-binieren jeweils Angaben zu einzelnen Flächen- und Raumverhältnissen unterschiedlicher Nutzungen je Gebäudetyp. Die in Abb. 33 im direkten Vergleich gegenübergestellten piktogrammatischen Darstellungen der R-N-Diagramme zeigen wiederum in vereinfachter Form bereits grund-legende Unterschiede im Umgang mit Wohnungsbau je Gebäudetyp. Es ist deutlich zu erkennen, dass ausgehend vom Hochhaus und dem Ge-schosswohnungsbau im Allgemeinen die im Grundriss betrachtete flä-chenmäßige Ausdehnung je Wohneinheit über den Gebäudetyp des Rei-henhauses bis hin zum Doppel- und Einfamilienhaus zunimmt. Dabei lässt sich feststellen, dass sich Wohneinheiten von Geschosswohnungsbauten generell als deutlich kompakter darstellen als beispielsweise Wohnein-heiten von freistehenden Punkthäusern als Einfamilien- oder Doppelhäu-ser. Das knappe Gut innerstädtischen Wohnraums und Baugrunds spielt dabei sicherlich eine gewichtige Rolle. Das gezeigte R-N-Diagramm des Doppelhauses ist, einschränkend zu erwähnen, hinsichtlich dessen räum-licher Höhenentwicklung lediglich als grobe Näherung zu verstehen. Auf Grund der sehr begrenzten Anzahl ausgewerteter Doppelhäuser stechen markante Aspekte einzelner untersuchter Gebäude übermäßig hervor, wodurch die Raumhöhe des Volumenanteils für Gemeinschaftsnutzungen nach ergänzender eigener Einschätzung überproportionale Bedeutung erhält. In einer weiterführenden, vertiefenden Studie wäre dieser Gebäude-typ im Speziellen durch eine Ausweitung untersuchter Objekte zu verifizie-ren. Andererseits dokumentieren die R-N-Diagramme gut ablesbar typische erwartbare Eigenschaften im Wohnungsbau. Während beispielsweise der Au-ßenbereich von Einfamilienhäusern klassischerweise relativ groß ausfällt und bis hin zum Geschosswohnungsbau sich deutlich verringert, steigt der Anteil bei Wohnhochhäusern erneut deutlich erkennbar an. Dieses Ergebnis lässt

1 R-N-Diagramm: Das Raum-Nutzen-Diagramm beschreibt neben allgemein gängigen Verhältnissen aus Fläche zu Volumen (A/V-Verhältnis) zudem die prozentuale Verteilung von Raumvolumen zu Nutzungsweise. Die im Rahmen der Arbeit entwickelte, isometrische und maßlich nachvollziehbare Darstellung dokumentiert die Proportionen einzelner Raum- und Flächenanteile von Wohnnutzungen untereinander und kann sowohl zum Vergleich der Verhältnisse einzelner Wohneinheiten wie auch der Abbil-dung von Flächen- und Volumenverhältnissen bei Gesamtgebäuden herangezogen werden.

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]

Allgemein (allg.)V=633,00 m3 (=100%)A=218,78 m2 h=3,54 m

Einfamilienhaus (EFH)V=575,66 m3 (=100%)A=213,93 m2 h=2,86 m

HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa

Deutschsprachiger Raum / Mitteleuropa - Raumnutzung R/N-Diagramm (alle, m:1-500 u. 1-1000)

Piktos alle (1-1000)

zwischenraum (zw)V=50,16 A=18,91h=2,60

außenraum (au)geb. integriert V=14,29 A=3,8 h=3,76geb. appliziert A=119,10

zwischenraum (zw)V=18,57 A=6,53 h=2,69


erschließ. (er)V=59,2 A=23,9 h=2,73

wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63

ruhe/privat (ru)V=119,8 A=48,8 h=2,49


arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63

sonstiges (so)V=60,1 A=24,6 h=2,46

allgemein

HochhausGeschosswohnungsbau Einfamilienhaus Reihenhaus Doppelhaus

25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%

gemeinschaft (ge)V=125,12 A=34,08 h=3,54 arbeiten (ar)

V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so

Legende:Volumen V [m3] Fläche A [m2] Höhe h [m]Prozentangaben als Anteil am Raumvolumen und der Wohnfläche je WE (100%), Zeichnung M 1:500


ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

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23%

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3%

3%

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5%

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5%

5%

so



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5%

ZW3%

4%

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14,7914,79

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max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

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22%

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5%

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3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

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I 52

Abb. 34: Raum-Nutzung Diagramme (R-N-Diagramm), mit Darstellung der Ansprü-che nach Wohnraum und Wohnfläche im mitteleuro-päischen Raum (M 1:500): (1) Allgemeiner Ge-samtdurchschnitt aller untersuchten Wohnge-bäudetypen, sowie als Medianwerte zum (2) Einfamilienhaus und (3) Doppelhaus.

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

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Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

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HHGWB

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allgemein


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Fläche [m2]

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allgemein


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kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

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max2,73

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Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Hochhaus (HH)V=317,81 m3 (=100%)A=111,94 m2 h=2,91 m

Reihenhaus (RH)V=505,23 m3 (=100%)A=193,85 m2 h=2,72 m

Geschosswohnungsbau (GWB)V=350,70 m3 (=100%)A=133,50 m2 h=2,73 m

Doppelhaus (DH)V=703,33 m3 (=100%)A=239,23 m2 h=2,82 m


erschließung (er)V=25,5 A=9,3 h=2,74

sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91



außenraum (au)geb. integriert V=31,3 A=11,4 h=2,72

wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59


gemeinschaft (ge)V=68,0 A=25,2 h=2,73

sa

zwischenr. (zw)V=18,6 A=6,5 h=2,72


erschließ.(er)V=60,3 A=22,7 h=2,59

wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66





gemeinsch.(ge)V=182,3 A=43,0 h=4,36

wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

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sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64

kochen (ko)V=32,1 A=11,9 h=2,82Legende:

Volumen V [m3] Fläche A [m2] Höhe h [m]Prozentangaben als Anteil am Raumvolumen und der Wohnfläche je WE (100%), Zeichnung M 1:500




4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

(3)

53 I


Abb. 35: Beispiele typischer Woh-nungsbauten in Deutsch-land als (1) Einfamilien-haus, (2) Doppelhaus, (3) Reihenhaus, (4) Geschoss-wohnungsbau und (5) Wohnhochhaus.

unmittelbar Rückschlüsse auf die im zeitgenössischen Wohnhochhaus zu er-wartende Bewohner- und Grundrissstruktur ziehen. Das zuletzt genannte Beispiel zeigt, dass in einer weiterführenden Studie eine zusätzliche Ver-feinerung der Ergebnisse durch differenzierte Betrachtung von Projekten des allgemeinen im Vergleich zum sozialen Wohnungsbau im Speziellen erfolgen könnte.

Allgemein belegen die R-N-Diagramme, dass die Bereiche zum Wohnen, Schlafen und Arbeiten sowie, in Teilen der untersuchten Gebäudetypen, gemeinschaftlich genutzte Räume die dominierenden Flächen- und Rau-manteile im Wohnungsbau ausmachen. Küchen- und Sanitärbereiche wie-derum beanspruchen in Teilen geringere Raumvolumen und Flächen als beispielsweise für die Erschließung benötigt werden. Im direkten Vergleich des Gebäudetyps Einfamilienhaus mit dem Geschosswohnungsbau zeigt sich deutlich, dass – sowohl hinsichtlich des Volumens, wie auch der be-anspruchten Fläche – von Geschosswohnungsbauten im Grundriss nur annähernd die Hälfte dessen benötigt wird, was an Fläche und Volumen im Einfamilienhaus beansprucht wird. Dieser Wert verdeutlicht bereits die Diskrepanz aus Sicht der Raumsuffizienz, die zwischen den einzelnen Ge-bäudetypen auftritt. Im Vergleich des allgemeinen Geschosswohnungs-baus zum spezifischen Typ des Wohnhochhauses wird deutlich, dass Hochhäuser in der Regel bezüglich der Flächenausdehnung betrachtet kleiner ausfallen. Im Bezug zur durchschnittlichen Raumhöhe hinge-gen überragt der Hochhaustyp sonstige Geschosswohnungsbauten. Es könnte potenziell ein Ansatz flächensuffizienten Bauens sein, zu Gunsten verringerter Grundflächen lichte Raumhöhen unter anderem begrenzt auf die Wohnbereiche angemessen zu erhöhen, um dadurch den Eindruck räumlicher Größe trotz verringerter Grundfläche zu vermitteln. In weiterer Vertiefung dieser Überlegung ist dies jedoch aus Sicht betriebsenerge-tischer Belange noch tiefergehend zu untersuchen. Als ein weiterer, den R-N-Diagrammen zu entnehmendem und nachvollziehbarem Parameter zeigt sich die Gemeinschaftsfläche mit 19 % am Gesamtgebäudevolumen von Geschosswohnungsbauten als gewichtiger Anteil. Dieser Gebäude-typ eignet sich demnach letztlich im Vergleich zu anderen Gebäudetypen, insbesondere auf Grund der Kombinationen mehrerer Wohneinheiten zu einem Gesamtgebäude, für das als Suffizienz fördernd geltende Konzept vermehrter Gemeinschaftsfläche durch verringerte Angebote an Individu-alflächen. Wenn man jedoch die Flächen- und Raumanteile des Geschoss-wohnungsbaus jeweils mit denen der anderen Gebäudetypen vergleicht, zeigt sich in diesem Zusammenhang keine klar erkennbare Tendenz einer gezielten Reduktion privater Rückzugsräume zu Gunsten vermehrter Ge-meinschaftsnutzungen. Es zeigt sich viel mehr im direkten Vergleich zum Hochhaus, dass sich die zusätzlich angebotene Gemeinschaftsfläche aus einer anteiligen Reduktion aller weiteren Nutzungsbereiche speist.

Prinzipiell lässt sich im Vergleich der Raumnutzungen untereinander fest-halten, dass sich die Hauptnutzräume, wie die Wohn- und Ruhebereiche im Verhältnis zu Räumen, wie der Küche oder dem Sanitärbereich durch-gängig über alle Gebäudetypen hinweg in den prozentualen Anteilen ähnlich verteilen. Im Hinblick auf ergänzende Nutzungen, wie dem Zwi-schenraum und sonstigen, nicht näher zuordenbaren, Raumanteilen wird deutlich, dass mit zunehmender volumetrischer Kompaktheit des Gebäu-des der Anteil an allgemeinen Nutzungen am Gesamtvolumen tendenziell abnimmt. Während die beiden benannten Raumnutzungen im Einfamili-enhaus beispielsweise 19 % des gesamten Raumvolumens ausmachen, belegen ergänzende Nutzungen im Geschosswohnungsbau lediglich 5 % des typischen Raumvolumens.

(1)

(3)

(4)

(5)

(2)

I 54

Abb. 36: Raum-Nutzung Diagramme (R-N-Diagramm) mit Darstellung der Ansprü-che nach Wohnraum und Wohnfläche im mitteleuro-päischen Raum (M 1:500): (4) Reihenhaus (5) Geschosswohnungsbau (6) Hochhaus.

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14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

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max2,73

max2,91

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Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

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kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

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wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



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kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



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wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

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Fläche [m2]

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sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




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55 I


STADT & LANDSmart Home

IoT im Heim-/Wohnbereich

-

+

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Umgebung - medial vernetzter Lebensraum -v2-3

© C.Drebes. Suffizienz & Interaktion

auf Grundlage: BMWi(Hg.) (2015-a)Forschungscampus FEN, RWTH Aachen

Versorgung

Infrastruktur

Vernetzung HandelDienstleistung

Gewerbe

KulturWohnen

?WAS IST EINEARCHITEKTUR 4.0


IoT(multi-) modaleInteraktion

Nachbarschaft

Kom

fort

Mobilität

Kommun

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...

durch...

durch... Versorgungsnetze

Gebäude - Mediale Vernetzung -v2

Architekt

Schaffung räumlicher Qualitätenunter Berücksichtigung des reslutierenden Aufwands an Ressourcen (inkl. Energie)

85%

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(IoE)

IoT

Abb. 37: Die wachsende Vernetzung des eigenen Wohnraums im Kontext des zunehmend vernetzten Umfelds.

vern

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R

aum

I 56

KAp. V Mediale Interaktion. Technische Erwartungen und Herausforderungen vernetzter Gebäude

57 I

Mediale Interaktion.Technische Erwartungen und Herausforderungen vernetzter Gebäude

(1)

(2)

(3)


Schutz

Komfort, Nutzung und Ästhetik

Energie undVernetzung


Schutz




Schutz



Abb. 38: Entwicklung steigender Ver-antwortung von Architektur.

1. (Multi-)modale Interaktion und Vernetzung

Die Nutzung von Gebäuden entstand im historischen Rückblick betrachtet aus dem Schutz der Bewohner vor örtlichen Widrigkeiten und potenziellen Gefahren. Durch die Zonierung und Differenzierung von Raumfunktionen ent-wickelten sich die heute gültigen Erwartungen und Normen hinsichtlich der Nutzung von Innenräumen und die davon abhängigen Kriterien hinsichtlich behaglichen Raumkomforts. Die definierten Komfortkriterien (vgl. CEN (Hrsg.) (2005), CEN/TC (Hrsg) (2012), DIN e.V. (Hrsg.) (1999), Umweltbundesamt (Hrsg.) (2020a)), teilweise differenziert nach einzelnen Nutzungsbereichen von Räumen, zeigen beispielhaft die gewachsene Anforderungsvielfalt aktuell gebauter Architektur (Abb. 38). Architektur beschreibt daher nicht nur eine räumliche Idee, sondern definiert sich letztlich aus einer Vielzahl aufeinander aufbauender und ineinandergreifender Eigenschaften. Die Entwicklung von Architektur hat unterschiedliche Formen relevanter baulicher Abhängigkeiten entwickelt. Sowohl aus architektonisch-räumlicher, wie auch unter beispiels-weise energetisch-technischer Sicht zeigen Gebäude heutzutage jeweils spezifische Eigenschaften und Qualitäten standardmäßig integrierter mul-timodaler Vernetzung1.

Im Zuge grundlegender Transformationen, wie der Digitalisierung oder der Ressourcen- und Mobilitätswende, die, jede für sich betrachtet, bereits wesentliche Änderungen erwarten lassen, wird die zukünftig vordergrün-dig technisch geprägte Vernetzung von Gebäuden weiter vorangetrieben werden. Die gebäudenahe aktive Gewinnung von Solarstrom und solarer Wärme an Dächern und Fassaden ist sicherlich in diesem Zusammenhang zu sehen und hat in den vergangenen Jahren Gebäudetypologie übergreifend bereits unterschedilcihe Anwendugnsformen entwickeln können. Während sich Gebäude in der Vergangenheit im Wesentlichen als Energiekonsumenten darstellten, haben sie sich durch die Integration von Systemen zur dezentralen Energiegewinnung zu Versorgungsnetzteilnehmern weiterentwickelt. Die auf-einander aufbauenden Forschungsprojekte benefit E und benefit E2 der TU Darmstadt (Hegger, Drebes, Fafflok et al. (2015), Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)) konnten zeigen, dass Gebäude und deren äußeren Oberflächen trotz gegebenen Ausbaus auch weiterhin große ungenutzte Flächenpotenzi-ale aufweisen, diese Entwicklung auch zukünftig zu fördern. Die Studie zeigte zwar gleichzeitig, dass wesentliche Anteile der installierten Leistung aus Pho-tovoltaik bisher als Freiflächenanlagen realisiert wurden; eine steigende Flä-chenkonkurrenz von Freiflächen wird jedoch langfristig die gebäudebezogene regenerative Energiegewinnung vermehrt in den Vordergrund rücken. Nicht zuletzt auch vor dem Hintergrund, dass Gebäudeenergiestandards auf Grund der stetig verschärften Grenzwerte zum Energieverbrauch Anteile an ge-bäudenah gewonnener, regernativer Energie standardmäßig berücksichti-gen werden, sind Architekten und Ingenieure nach eigener Einschätzung angehalten, die angestoßene Entwicklung zur Funktionserweiterung von Architektur aktiv zu fördern und adäquat in architektonische Konzepte umzusetzen (Europäische Kommission (Hrsg.) (2018)).

Der Funktionszuwachs aus informationstechnischer Vernetzung im All-tag wird dazu führen, dass Gebäude zunehmend interaktionsfähiger und somit entsprechend des Smart-Building-Konzepts „intelligenter“ wer-den. Vorausschauend ist es sinnvoll, frühzeitig architektonische Ansätze und einen gestalterischen Zugang zu den Inhalten zu finden, um die sich anbahnende nächste Herausforderung baulicher Vernetzung adäquat

1 Vernetzung (multimodal): Die Vernetzung stellt eine infrastrukturelle Verbindung zweier Endpunkte dar, die einen Austausch zwischen Sender und Empfänger ermöglicht. Eine multimodale Vernetzung nutzt dabei unterschiedliche Modi oder Möglichkeiten zur Kommunikation.

I 58

Hello

001001011110110101101

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Interaktion


Abb. 39: Vernetzung schafft Interaktion (Bsp. visuelle Vernetzung).

integrieren zu können. Smart Devices2, wie Smartphones oder Digital Home Assistant3 Systeme, die über das Internet of Things (IoT) verbun-den sind und kommunizieren, vermitteln bereits einen Eindruck dessen, was an baulich technischen Interaktionsformen zukünftig möglich sein wird und architektonischer Antworten bedarf. Erste automatisiert agieren-de Haushaltsgegenstände, wie programmierbare Waschmaschinen oder haushaltsunterstützende Serviceroboter sind schon heute übliche An-wendungen in Wohngebäuden. Zukünftig werden ebenso informations-technische Ergänzungen, wie Sensortechnologien zur Zustandserfassung von Innenräumen und Personen im Raum oder auch Technologien zur Kopplung der Nutzungen des Wohnens und Arbeitens in der technischen Ausstattung von Gebäuden berücksichtigt werden. Die einführende Gra-fik Abb. 5 zeigt, als qualitative Gegenüberstellung der Entwicklung von Nachhaltigkeit im Bauen und informationstechnischer Kommunikations-fähigkeit, dass seit dem globalen Erfolg smarter Gegenstände im Alltag, spätestens jedoch seit der Verfügbarkeit von Home Assistant Services ab dem Jahr 2010 der Einfluss der Digitalisierung auf Gebäude wächst und erwarten lässt, Architektur und dessen Nutzungsweise nachhaltig zu beeinflussen.

Die vorgestellten baulichen Vernetzungen, angefangen von städtebau-lichen Bezügen, der strukturellen Gliederung im Aufbau von Architektur resultierend aus der Nutzungsweise bis hin zu infrastrukturellen Ver- und Entsorgungssystemen und letztlich informationstechnischen Vernet-zungen von Gebäuden fördert wiederum die Vielfalt an Fähigkeiten zur Interaktion4. Was zeichnet daher zusammenfassend die Begriffe der Multi-modalität, Vernetzung und Interaktion aus? Multimodalität steht als Sam-melbegriff für die Nutzung unterschiedlicher Möglichkeiten oder Modi5, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen. Im Verkehrswesen bezeichnet Multi-modalität beispielsweise, dass unterschiedliche Verkehrsmittel und Wege genutzt werden können, um an einen bestimmten Ort zu gelangen. In der Kommunikation stellt Multimodalität entsprechend die Vielzahl an Mög-lichkeiten dar, mit denen man einen Austausch zwischen zwei oder meh-reren Teilnehmern erreicht. Sowohl einer oder auch alle der beteiligten Kommunikationspartner können dabei theoretisch technische Geräte oder Services darstellen. Wenn von einer multimodalen Vernetzung im Gebäude gesprochen wird, bedeutet dies letztlich unterschiedliche Medi-en6 oder Objekte innerhalb und am Gebäude untereinander zu vernetzen und über verschiedene nutzbare Modi Informationen oder auch Energie auszutauschen.

2 Smart Device: Elektronisches Gerät, das sich mit anderen elektronischen Geräten oder Netzwerken über das Internet of Things vernetzt und kommuniziert.3 Digital Home Assistant: Digitale Sprachassistenten (dt.) werden durch akustische Anweisungen aktiviert und koordi-nieren und regeln vernetzte technische Ausstattungen eines Gebäudes.4 Interaktion: Objekte die interagieren verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle mittels derer sie Informationen untereinander austauschen können.5 Modi, Modus (Sg.): Modi beschreiben bildungssprachlich verschiedene Betriebsarten zwischen denen alternativ gewählt werden kann (https://de.wiktionary.org/wiki/Modus).6 Medien, Medium (Sg.): Medien beschreiben Endgeräte (technische Medien) und Kommunikationsformen, wie unter anderem Sprache oder Bilder, die einen Austausch zwischen Produzenten und Rezipienten durch Verarbeiten des auszu-tauschenden Guts erreichen.

Abb. 40: Unterschied zwischen Vernetzung und Interak-tion. Vernetzung definiert die Infrastruktur über die Interaktion, ein Austausch zwischen zwei oder mehre-ren Teilnehmern erfolgt.

59 I


(2)

(1)

! ?

!

!?

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Sender

KGI

KGI

KGI

Ausduck

Darstellung + Ausdruck

AppellProdukt

Empfänger

Sender

Ausduck

Darstellung

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Empfänger

SenderEmpfänger

cloudcomputing

localdatabase

sensor actor

data

user

...

Quelle: Winkler (2010) a.G. Bühler, Karl: Sprachtheorie. Die Darstellungsfunktion der Sprache. Jena 1934

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Sender

KGI

KGI

KGI

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AppellProdukt

Empfänger

Sender

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Darstellung

AppellProdukt

Empfänger

SenderEmpfänger

cloudcomputing

localdatabase

sensor actor

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user

...


„Die technischen Apparate (= Medien) bilden die materielle Grundlage für die Herausbildung spezifischer Kommunikationsformen, die jeweils spezi-fische strukturelle Bedingungen der Kommunikation aufweisen [...] Letzt-lich also ist mode [dt. Modus] eine Synthese aus Zeichensystem (Kode, Konvention), Medium (Materialität/Technologie) und Zeichentyp (Wahrneh-mungskanal). [...] So müsste jeder mode drei Funktionen erfüllen können: Weltausschnitte repräsentieren (ideational/representational), Interaktion zwischen Textproduzent und -rezipient konstruieren (interpersonal/interac-tive) und Zusammenhänge zwischen Einzelzeichen und Zeichenkomplexen herstellen (textual/compositional). Dabei geht man davon aus, dass sich die verschiedenen modes in ihrer semantischen Reichweite [...] sowie in ihren kommunikativen Potenzialen und Defiziten [...] unterscheiden.“ (Schneider, Stöckl (Hrsg.) (2011)). Der Beschreibung folgend ermöglicht eine multimo-dale Vernetzung bezogen auf den umbauten Raum einen Austausch zwi-schen zwei oder mehreren Parteien über die spezifischen Schnittstellen, die ein Gebäude bietet. Ein Austausch zwischen Produzenten und Rezipienten erfolgt demnach über gebäudeintegrierte Medien, die aktiv oder passiv mit dem Gebäude als Schnittstelle Interaktion erlauben: „Der Begriff Medium betrifft die Art und Weise, wie Zeichen prozessiert werden [...] Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die dynamische und die materiel-le Seite von Medien gleichermaßen berücksichtigt und Ähnlichkeiten zwi-schen Sprache, Bild und anderen, z.B. technischen, Medien hervortreten lässt. Vor diesem Argumentationshintergrund besteht die Alternative darin, begrifflich entweder zwischen Medien (=technische Medien) und Kommu-nikationsformen zu unterscheiden [...] “ (Schneider, Stöckl (Hrsg.) (2011)).

Dabei verändert sich laut einem Tagungsbeitrag von Winkler (2010) durch das ergänzende Prozessieren oder Verarbeiten von Zeichen, was im Rahmen der Arbeit durch die integrierte bauliche, technische Intelli-genz erfolgt, die Art und Weise, wie innerhalb eines Gebäudes kommu-niziert oder interagiert wird. Wie beschrieben, erfolgt die Interaktion über die Schnittstelle Gebäude einerseits im direkten Kontakt zu den Sendern und Empfängern, anderseits in der vermittelnden Rolle zwischen Sender und Empfänger durch Verarbeiten und Transformieren und im Bedarfsfall potenziell auch durch Einfluss nehmende Veränderung des zu übermit-telnden Ergebnisses. Zusammenfassend ausgedrückt entsteht dem Ge-bäude durch die multimodale Vernetzung die Möglichkeit mit dessen Um-feld zu kommunizieren und zu interagieren. Es ersetzt dadurch teilweise – mit zunehmender Automatisierung bis hin zu perspektivisch potenziell verfügbaren gebäudeautonomen Verhaltensweisen – den ursprünglichen Charakter eines starren, statischen Objekts durch dynamisch, sensitive Reak-tionsfähigkeiten (Abb. 41).

Das angeführte Beispiel in Abb. 39 veranschaulicht die begriffliche Dif-ferenzierung und Abhängigkeit zwischen der Vernetzung und daraus re-sultierender Interaktion piktogrammatisch: Während ein Gebäude durch einen vorhandenen Baumbestand annähernd vollständig verdeckt ist und so die Einsehbarkeit und visuelle Kommunikationsmöglichkeit mit dessen Umgebung unterbunden wird, entsteht bei einem weiteren Gebäude mit einer Positionierung von Bepflanzung und Gebäude, die Aussicht und Ein-sehbarkeit ermöglicht, eine visuelle Vernetzung und Interaktion zur Um-gebung. Eine multimodale Interaktion bedingt also, dem kleinen Beispiel folgend, eine Vernetzung durch räumliche oder technische Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern, die durch verfügbare Medi-en, wie das Fenster im gezeigten Beispiel, die Möglichkeit erhalten, zu interagieren (Abb. 40). Mit einer wachsenden Vernetzung von Architektur steigt auch gleichzeitig die „Intelligenz“ eines Gebäudes, bedarfsgerecht

Abb. 41: Das Organonmodell der Kommunikation unter Einbindung einer bau-lichen Intelligenz (KGI): (1) Klassische Form des Austauschs innerhalb von Gebäuden und (2) die Ein-flussmöglichkeit durch die Einbindung eines interak-tionsfähigen Gebäudes als weiteren Kommunikations-partner.

Abb. 42: (rechte Seite) Mit dem Titel „Die Multimedia-Zukunft“ pro-gnostizierte exemplarisch bereits Der Spiegel im Jahr 1996 den Wandel zu mehr Vernetzung und Technik. Seither finden sich in unter-schiedlichen Bereichen des Alltags Interaktions- und Kommunikationsformen zwischen Mensch und Maschine wieder. Die pro-totypischen Anwendungen der Kunstprojekte (2) Natu-ral Fuse, 2008 und (3) I am Hear to learn, 2018, sowie die (3) Augmented-Reality-Anwendung im Rahmen der Ausstellung „Mit dem Mönch am Meer“, Alter Nationalgalerie Berlin, 2019 illustrieren exemplarisch die Tragweite die sich aus dem Thema entwickeln wird.

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und nachfrageorientiert handeln zu können. Wenn sich in Bezug auf die Vernetzung von Gebäuden das in der Informationstechnik seit 1965 all-gemein angewendete und vom Mitbegründer von Intel, Gordon E. Moore, formulierte Moore’sche Gesetz Gültigkeit behält (Moore (1965)), ist zu er-warten, dass kurz- bis mittelfristig auch eine Vielzahl an solchen informa-tionstechnischen Services den Wohnalltag begünstigen und im Gebäude verfügbar sein werden. Das Mooresche Gesetz sagt sinngemäß, dass die Rechnerleistung sich exponentiell stetig weiter entwickeln wird und die Anzahl und Geschwindigkeit von Objekten und Anwendungen, die aktiv oder passiv an informationstechnische Systeme gekoppelt sind, zunehmen werden. Die vom Finanzdienstleister Deloitte veröffentlich-te Konsumentenbefragung zur Marktentwicklung des Smart-Home-Sektors aus dem Jahr 2018 lässt eine solche Entwicklung erwarten. Die Studie hat gezeigt, dass die Nutzung von vernetzten und interagierenden Medien im Gebäudekontext zwar bisher keine gesamtgesellschaftliche Bedeutung erlangt hat. Im Vergleich zur 2015 durchgeführten Umfrage ist das Konsumenteninteresse nachweislich angestiegen und auch „bishe-rige Erfahrungen der Smart-Home-Nutzer überwiegend positiv“ ausgefal-len (Deloitte (Hrsg.) (2018), Deloitte (Hrsg.), TU-München (Hrsg.) (2015)). In Umfragen einer Tochtergesellschaft des Bitkom e. V., dem Bundesver-band der deutschen Informations- und Telekommunikationsbranche wird ergänzend beschrieben, dass 2018 bereits in 26 % der Haushalte be-fragter Personen ein oder mehrere Geräte als Smart-Home-Komponenten vorhanden waren (Carius, Alsabah, Gentemann (2018)). Die Vielzahl der Anwendungen reicht dabei bereits im Jahr 2018, laut der Studie, von steu-erbaren Beleuchtungsobjekten mit einem Anteil unter den Befragten von 17 % bis hin zu smart agierenden Hausnotrufsystemen mit einer Verbrei-tung von lediglich 1 % in den befragten Haushalten.

Die Marktforschungsstudie 2019 der Statista GmbH zur Entwicklung des Smart Home7 Sektors (Statista (Hrsg.) (2019b)) zeigt, dass im Marktseg-ment des Betrachtungsjahrs in Deutschland ein Jahresumsatz von cir-ca 3,6 Mio € erzielt wurde. Es wird prognostiziert, dass jährlich ein Um-satzwachstum von rund 18 % erreicht wird und 2023 bereits 7 Mio. € in Smart-Home-Technologien investiert sein werden. Im Verhältnis zum Gesamtjahresumsatz im Bereich der Gebäudetechnik mit 46,5 Milliarden € im Jahr 2019 (ZVSHK (Hrsg.), Statista (Hrsg.) (2020)) ist der Anteil für Investitionen in Smart-Home-Technologien noch vergleichsweise gering, dennoch zeigen die Prognosen zum Anstieg der Anzahl an Smart-Home-Haushalten in Deutschland (Statista (Hrsg.) (2019a)), dass das generelle Interesse am vernetzten Wohnraum erkennbar zunimmt. Während im Jahr 2013 die Anzahl an Haushalten, die mit Anwendungen aus dem Smart-Home-Bereich ausgestattet waren, noch bei 315 000 lag, wird erwartet, dass die Anzahl bis zum Jahr 2020 nach progressiven Schätzungen bis auf 1,45 Millionen anwachsen wird. Selbst konservative Szenarien der-selben Studie erwarten bis zum Jahr 2020 rund eine Millionen Haushalte, die Smart-Home-Technologien im Alltag einsetzen werden. Die vernetzten Anwendungen gehen dabei bereits deutlich über markübliche Produkte wie Saug- oder Mähroboter hinaus: „Das Internet der Dinge (IoT) [als eines] der großen Themen, wenn es um Digitalisierung und disruptive Verände-rungen in traditionellen Branchen geht [bewirkt, dass] die Möglichkeiten, Prozesse im häuslichen Umfeld zu automatisieren [...] nahezu unbegrenzt“ sein werden (Statista (Hrsg.) (2019)). Dementsprechend lohnt es sich, den Trend frühzeitig aufzugreifen und hinsichtlich der Auswirkungen auf Archi-tektur und deren Nutzungsweise abschätzen zu lernen.

7 Smart Home: Es beschreibt eine spezifische Anwendung des Smart-Building-Konzepts für den Bereich des Wohnens.

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Sender

KGI

KGI

KGI

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AppellProdukt

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Sender

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Darstellung

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SenderEmpfänger

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localdatabase

sensor actor

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user

...


Cloud data centres Edge data centres Typical data centres

2001 2019*

0,02

57,00

44,00

32,50

27,50

9,30 10,5

14,0

5,00

* Der Wert für das Jahr 2019 beruht auf einer Schätzung.

[Mrd. GByte]

[Mrd. kW/a]

Was zeichnet demnach letztlich ein intelligentes Gebäude aus, das sensi-tiv und möglichst eigenständig spezifische Situationen und Zustände er-fassen und auf den erwarteten Nutzen abstimmen kann? Gebäude dieser Art benötigen grundlegend eine zentrale Steuerungseinheit, die KGI8 oder Gateway9, über die sie mit verbundenen technischen Endgeräten oder di-rekt im Austausch mit den Nutzenden kommunizieren. Es braucht gleich-zeitig den Zugriff auf lokale oder externe Datenbanken. In diesen werden Einflüsse auf das Gebäude, wie beispielsweise klimatische Rahmenbedin-gungen, beschrieben und Kenngrößen des Gebäudes bezüglich der bauphy-sikalischen Ausführungen und Angaben zur bevorzugten Nutzungsweise und Konditionierung zusammengetragen. Im Laufe der Nutzungsphase sollte das intelligente Gebäude (KGI) in der Lage sein, durch maschinelle Lernprozesse10 diese Datenbasis stetig aktualisieren, erweitern und verfeinern zu können. Neuzeitige Datenbankanwendungen sind dabei mittlerweile auch nicht mehr zwingend durch versierte Anwender eigenständig zu administrieren, sondern können über Cloud-basierte Systeme11 ohne großen technischen Aufwand ausgelagert und extern organisiert sein.

Das Gateway oder die Intelligenz des interaktionsfähigen Gebäudes nutzt somit letztlich im Gebäude verteilte Sensoren12 oder mit der Haustech-nik gekoppelte Endgeräte zur aktiven Eingabe von Informationen durch die Bewohner, sogenannte Interfaces. Es können somit Situationszustän-de eines Gesamtgebäudes, der einzelnen Wohnung oder einzelner Räume, Ausstattungsobjekte und deren Benutzer erfasst werden. Die KGI wertet die empfangenen Situationszustände mit entsprechend geringer Latenzzeit, be-stenfalls zeitneutral, aus, indem es aktuell gegebene mit bereits vorhandenen Erfahrungswerten der Datenbanken abgleicht und diese potenziell aktua-lisiert oder erweitert. Im Falle einer Abweichung zu den zu erreichenden, gespeicherten Sollwerten aktiviert der Gebäudegateway die im Gebäude verteilten zuständigen Aktoren13, wie unter anderem Heizsysteme, Ver-schattungselemente oder Beleuchtungssysteme und erwirkt dadurch die gewünschte Zustandsänderung des Raums (Abb. 43).

Vor dem Hintergrund der behandelten Forschungsfrage und nicht zuletzt aus Gründen des Datenschutzes ist an dieser Stelle anzumerken, dass der Betrieb der mittlerweile genutzten Informationstechnik, angefangen von beispielsweise Cloud-basierten Infrastrukturen oder auch der Nutzung allgemeiner Internet-Dienste einen energetisch gewichtigen Anteil des Jahresenergiebedarfes eines Landes ausmacht. Im Rahmen zukünftiger Betrachtungen zur Energiesuffizienz von Gebäuden ist demnach, wenn beispielsweise die vorab benannten Datenbanken extern betrieben wer-den oder auch stetiger Zugriff auf andere Internetdienste besteht, dieser Aspekt mitzuberücksichtigen. Quellen, wie der Bericht zu Rechenzentren im Jahr 2018 von Hintemann (2020), zeigen, dass beispielsweise der En-ergiebedarf für Rechenzentren in Deutschland zwischen 2010 (~10.500 GWh) und 2018 (~14.000 GWh) bereits einen Zuwachs von rund 34 % ver-zeichnet (Abb. 44). Mit der Einführung zusätzlicher Signallaufzeit kritischer Anwendungen, wie dem autonomen Fahren oder der großflächigen Ver-wendung von Augmented-Reality-Diensten, wird dieser Bedarf stetig zunehmen. Eine weitere Quelle (Eckert, Kölbel (Ed.), Paal (Ed.) (2018)) beziffert andererseits den potenziell greifbareren Richtwert für den ge-

8 Künstliche Gebäudeintelligenz (KGI): Adaption des Begriffs der Künstlichen Intelligenz bezogen auf den Gebäudesektor.9 Gateway: Der Gateway ermöglicht als zentrale Steuerungseinheit die Kommunikation zwischen Objekten innerhalb des Gebäudes und vermittelt zwischen unterschiedlichen Protokolldaten (Hübscher, Petersen, Rathgeber, et al. (1999)).10 Maschinelles Lernen: Maschinelles Lernen beschreibt Möglichkeiten von Informations- und Kommunikationssystemen Datenbank gestützt Erfahrungswerte zu sammeln, stetig zu aktualisieren und daraus angepasste Verhaltensweisen abzuleiten.11 Cloud Computing: Cloud Computing ist ein Modell des On-Demand-Netzwerkzugriffs auf Daten die sich in der Cloud, der Rechnerwolke auf Servern und Netzwerk-Speichersystemen befinden (Mell, Grance (2011)).12 Sensor: Messfühler; Technologie zur Messung und Kontrolle von Zuständen und Zustandsänderungen.13 Aktor: Bauelement, das elektrische Signale in eine gebäudetechnische Reaktion übersetzt und umsetzt.

Abb. 43: Das interaktionsfähige Gebäude.

Abb. 44: Entwicklung des Daten-volumens im stationären Breitband-Internetverkehr in Deutschland von 2001 bis 2019 (in Milliarden Gigabyte pro Jahr) im Vergleich zur Entwicklung des Energiebedarfs von traditionellen, Edge- und Cloud-Rechenzentren in Deutschland.

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+ + =

+ + =

intermediär intern extern

impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion




multimodal vernetztes Gebäude

Information und Kommunikation

Verbund, Infrastruktur und Mobilität

Komfort, Versorgungund Beeinflussung

InteraktionExplizite Funktion

Implizite Funktion

Achtung!!reduzierte Variante für Präsentationen:

Vernetzung des Gebäudes nach innen

2.Ordnungintern

Vernetzung zwischen Innen- und Aussenraum

1.Ordnungintermediär

Vernetzung des Gebäudes nach

aussen

3.Ordnungextern


Was ist multimodale Interaktion?

InteraktionExplizite FunktionImplizite Funktion


innen


Vernetzung des Gebäudes nach aussen

samtheitlichen induzierten Strombedarf einer einzelnen Internetsuche, auf Grundlage durchgeführter Unternehmerbefragung, auf rund 0,3 Wattstun-den. Singulär betrachtet erscheint dieser Wert relativ gering, setzt man diesen jedoch ins Verhältnis zu der in Abb. 44 dargestellten Entwicklung des stationären Breitband-Internet-Verkehrs in Deutschland, lässt sich der letztlich resultierende Gesamtenergieaufwand für Internetdienste ab-schätzen. Der Energieverbrauch zum Betrieb der gesamten Internet-Infra-struktur betrug in der Schweiz im betrachteten Berichtsjahrs 2012 4640 GWh/a (530 MW) und machte damit bereits 7,8 % des Jahresstrombe-darfs des Landes aus (BAFU (Hrsg.) (2012)). Im Jahr 2006 lag dieser Wert nach Angaben der benannten Quelle noch bei rund 5,4 %. Für Deutsch-land weist dieselbe Quelle bezogen auf den Gesamtstrombedarf des Lan-des für den Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie einen Anteil von 9,4 % aus.

Die Zahlen belegen die Bedeutung und Verantwortung, die sich neben al-len ersichtlichen Vorteilen aus der Digitalisierung und Vernetzung ableiten. Im Sinne des allgemein angestrebten Ziels einer ganzheitlichen und nachhaltigen Entwicklung, rückt somit vor dem Hintergrund des Zitats zum „Hase- und Igel-Rennen“ von Sedláček (2012) gleichzeitig die Frage in den Mittelpunkt, welche Intelligenz-fördernde Erweiterung im Gebäude aus technisch, energetischer Sicht tatsächlich sinnvoll ist. Eine im Rahmen der Referentengespräche ge-troffene Aussage, im Zuge der Diskussion um den angemessenen Einsatz intelligenter Gebäudetechnik, bietet in diesem Zusammenhang eine erste Orientierungshilfe: „Das Haus sollte ein guter Assistent werden. Es nimmt mir nicht die Entscheidungen, sondern Teile der Arbeit ab.“

Abb. 45: Das vernetzte Haus. Explizite und implizite Funktionen als Interakti-onsmöglichkeiten eines Gebäudes. Ergänzt um Anwendungsbeispiele für Vernetzungen erster bis dritter Ordnung.

63 I


(1)

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(4)

2. Ordnungsprinzip von Interaktion und Vernetzung im Ge-bäude

Die vom amerikanischen Architekten Louis I. Kahn im Rahmen der Defi-nition von Raumnutzungen geprägten Begriffe des „dienen (served)“ und „bedienen (servant)“14 helfen, die im Umgang mit interaktionsfähiger Ar-chitektur unterschiedlichen denkbaren Funktionserweiterungen grundle-gend zu ordnen. Eine dienende oder explizite Funktion eines Gebäudes bezeichnet in Anlehnung an die Bedeutung des „dienenden Raums“ nach Kahn, dass der Nutzer des Gebäudes aktiv Einfluss nimmt und durch beispielsweise akustische Signale oder aktive Eingabe über Interfaces die Haustechnikregelung unterstützend beeinflusst. Eine explizite Form baulicher Interaktion entsteht demnach immer dann, wenn ein direkter Austausch zwi-schen dem Gebäude und dessen Nutzenden erfolgt. Andererseits lassen sich bedienende oder implizite Funktionen eines Hauses zusammenfassen als In-teraktionsformen, die nicht eine aktive Teilnahme der Nutzer erfordern. Impli-zite Interaktionen erfolgen demnach indirekt, ohne das Zutun der Nutzer durch eigenständige Entscheidungsprozesse des Hauses, die auf Grund-lage vordefinierter, beziehungsweise erlernter Erfahrungswerte ablaufen.

Neben der allgemeinen Einteilung nach expliziter und impliziter Funkti-onsweise von Interaktionen ergeben sich auf Grund der Struktur von Ge-bäuden anderseits prinzipiell drei Ebenen oder Schnittstellen, über die In-teraktion und Kommunikation stattfinden oder auch gezielt unterbunden werden können. Die in die Umgebung wirkenden Hüllflächen, bestehend aus Fassadenflächen und Dachflächen, bilden als äußeres Erscheinungs-bild eines Gebäudes die naheliegendste Form baulicher Interaktionsfä-higkeit. Direkt oder indirekt kann das Gebäude über diese Oberflächen mit der Umgebung in Kontakt treten. Eine zweite Möglichkeit baulicher Interaktion ergibt sich dementsprechend durch die raumseitigen, internen Oberflächen und damit verbundenen Ausstattungen eines Gebäudes. Die zwischen dem Innenraum und Außenraum vermittelnde, intermediäre Ebene, in der das Gebäude durch architektonisch, baustrukturelle Eigen-schaften Interaktion fördert oder unterbindet, schafft die dritte und kom-plexeste Form der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden.

Intermediäre Interaktion (Vernetzung 1.Ordnung)Der intermediäre Austausch, oder im weiteren Verlauf auch Interaktion 1. Ordnung benannt, konzentriert sich auf die Wechselwirkungen zwi-schen gebäudeinternen und externen Belangen und fördert beziehungs-weise unterbindet diesen Austausch. Die Vernetzung von Außenraum und Innenraum über die Schnittstelle des Gebäudes ist die komplexeste Form baulicher Interaktion. Das Gebäude ist gefordert, in einem stetigen Abwägungsprozess zu vergleichen, inwieweit interne, durch die Nutzung bestimmte Erwartungen mit den im Außenraum gegebenen Bedingungen vereinbar sind. Das Gebäude muss dabei die Möglichkeit haben, im Ab-gleich der gegebenen, sich dynamisch verändernden Bedingungen im Innen- und Außenraum die eigene Struktur und bauphysikalischen Eigen-schaften flexibel an die jeweilige Situation anzupassen. Die resultierende Komplexität aus ständigem Abwägungs- und Anpassungsprozess eignet sich dabei in idealtypischer Form für eine informationstechnisch geregel-te intelligente Gebäudetechnik. Die Potenziale einer gebäudeintegrierten Intelligenz (KGI), große Datenmengen zeitneutral vergleichen und prozes-

14 Dienender und bedienender Raum nach Louis I. Kahn: Dienende Räume sind nach Ansicht Louis Kahns aktiv genutzte Räume eines Hauses, wohingegen bedienende Räume nutzungsunterstützende Bereiche darstellen, wie beispielsweise Treppenhäuser oder Fahrstuhlschächte (smow Blog (Hrsg.) (2013)). Im Kontext der Arbeit wird diese raumbezogene Betrachtung auf eine funktionsbezogene Betrachtung übertragen.

Abb. 46: Beispiele gebäude-bezogener Anwendungs-fälle interner und externer interagierender, technischer Serviceleistungen von (1,2) automatisch agierenden oder durch (3) akustische Signale reagierenden Ein-zelanwendungen bis hin zu einer (4) gebäudeintegrie-ten, non-verbale Signale verarbeitenden künstlichen Gebäudeintelligenz (KGI).

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sieren zu können, um auf die im Gebäude ablaufenden dynamischen Pro-zesse angemessen zu reagieren, schafft wesentliche Vorteile gegenüber dem manuellen Technikbetrieb. Ein Bewohner würde gegenüber der KGI immer aus dessen subjektiver Wahrnehmung heraus reagieren und die vorliegende Situation bewerten. Der Bewohner ist nicht in der Lage, die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Bedingungen des Hauses über den Tag hin objektiv zu beurteilen und dementsprechend erwartungsge-mäß zum rechten Zeitpunkt die beispielsweise aus energetischer Sicht sinnvollste Handlung im Gebäude ausführen.

Die Form der intermediären Interaktion ist dabei im Wesentlichen ge-prägt von den architektonischen und bauphysikalischen Eigenschaften der Hüllbauteile. Je nach Ausführung und Gliederung von Fassaden und Dachflächen kann unter anderem Transparenz oder Opazität erreicht und entsprechend eine visuelle oder akustische Form der Kommunikation er-möglicht beziehungsweise unterbunden werden. Die bauphysikalische Ausführung der Außenhaut beschreibt wiederum definiert, inwieweit im Gebäude ein energetischer Austausch erfolgen darf oder komfortbedingt eventuell auch gezielt gefördert werden soll. Die beschriebenen Anwen-dungsfälle zeigen, dass eine intermediäre Interaktion sowohl expliziten wie auch impliziten Charakter haben kann. Während der Bewohner ei-nerseits durch das aktive Öffnen eines Fensters explizit Einfluss auf den Raumkomfort und Energieaustausch nimmt, findet dieser gleichzeitig im-plizit auf Grund bauphysikalischer Eigenschaften der Hüllbauteile statt.

Eine möglichst genaue Kenntnis des Gebäudes über die Erwartungen und Verhaltensweisen resultierend aus der Nutzung ist, wie die Beispiele zeigen, förderlich, um bedarfsgerechte Angebote und energiesuffiziente Reaktionen des Gebäudes zu schaffen. Im Idealfall dienen vorhandene Er-fahrungswerte dazu, passgenaue technische Reaktionen des Gebäudes einzuplanen. In vielen Komfort- und Energie-bezogenen intermediären Belangen, wie der thermischen Anpassung der gefühlten Raumtempera-tur, handelt es sich um relativ träge ablaufende Prozesse, die gewisse Vor-laufzeiten benötigen. Die in Datenbanken erfassten Informationen bieten dem Gebäude die Möglichkeit, objektiv und vorausschauend Prozesse anzustoßen und dadurch mitunter Vorteile hinsichtlich der energetischen Gesamtbilanz zu erzielen. Die Auslegung einer solchen intermediären In-teraktionsstrategie ist entscheidend. Mit der Zunahme der Anzahl an Modi zu interagieren (energetisch, optisch, multimedial, o. a.) steigt zugleich das Risiko, dass es zu Fehlinterpretationen bestehender Zustände kommt, da eine nicht hinreichende Abstimmung der Interaktionsmöglichkeiten untereinander besteht. Im Zuge der Umsetzung ist demnach darauf zu achten, dass ge-mäß Görz (Hrsg.), Schneeberger (Hrsg.), Schmid (Hrsg.) (2014) „die Fusion von sensorischer Evidenz aus mehreren Eingabekanälen“ gewahrt wird. Insuffizi-enzen unnötiger technischer Erweiterungen eines Gebäudes sind daher bereits aus Gründen potenziell verringerter Funktionalität zu vermeiden.

Interne Interaktion (Vernetzung 2.Ordnung)Die Interaktion 2. Ordnung als interne Vernetzung von Gebäuden ermög-licht über Raumoberflächen oder weitere interne Schnittstellen, mit den Bewohnern oder Ausstattungsobjekten direkt und indirekt in Kontakt zu treten. Unterschiedliche Modalitäten, wie sensorische Erfassungssy-steme durch Spracherkennung oder Messen von Zustandsänderungen im Raum, ermöglichen bereits heutzutage, Bewohner zu erkennen und deren Aktivitäten abzuleiten. Darauf aufbauend kann die KGI resultierende Komfortansprüche durch erneute Verwendung gespeicherter Informatio-

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nen zur Nutzungsweise benennen und bestehende Raumkonditionen be-werten. Die Form der Kommunikation zwischen Gebäude und technischer Ausstattung, die in Anlehnung an den Begriff der Maschine-Maschine-Kommunikation als Objekt-Gebäude-Kommunikation15 bezeichnet wird, ist mit heutzutage verfügbaren Technologien bereits vergleichsweise ein-fach umsetzbar. Auch wenn es in der Vergangenheit in der Kommunikation zwischen technischen Systemen durch das Verwenden von unterschied-lichen Protokollen16 zu Kommunikationsschwierigkeiten kam, finden sich mittlerweile insbesondere im Bereich interner Interaktionsfähigkeit von Gebäuden erste etablierte und ohne hohen Installationsaufwand einsetzbare Produktlösungen. Im Wohnungsbau werden Serviceroboter17 unter anderem für Staubsaug- oder Fensterputzarbeiten eingesetzt. Die Geräte führen ihre spezifischen Aufgaben dabei in der Regel eigenständig und gemäß vordefi-nierten Zeitplänen aus. Nach Angaben der International Federation of Robo-tics (IFR) stieg die weltweite Nachfrage nach Klein- und Kleinstrobotern im privaten Sektor im Jahr 2017 um 25 % gegenüber dem Vorjahr an. Wenn man den Hauptnutzungsbereich von Service-Robotern betrachtet, der nach Anga-ben des IFR weiterhin im professionellen Anwendungsbereich liegt, erhöhte sich die Anzahl verkaufter Einheiten in 2017 sogar um 85 % (Heer (2018)). Die Entwicklung des Marktsegments lässt erwarten in den kommenden Jahren noch an Bedeutung zu gewinnen. In einer weiteren Entwicklungsstufe wäre denkbar, dass gekoppelt mit einer im Gebäude vorhandenen Intelligenz die Zeitpläne der Servicerobotik vom Gebäude eigenständig koordiniert und dadurch Betriebszeiten bedarfs- und angebotsorientiert ausgelegt werden können. Neben der Servicerobotik haben sich automatisierbare und programmierbare Haushaltsgeräte, angefangen von Waschmaschi-nen bis hin zu Heizungsregelungen als weitere interne, interaktionsstei-gernde Ausstattungen im Wohnungsbau bereits etablieren können.

In der direkten Interaktion zwischen dem Menschen und dem Gebäude18 ist, im Unterschied zu den vorab benannten Formen interner Interaktion, die Etablierung einer beiderseitig verstandenen Kommunikation zwischen technischem Gerät und Mensch prinzipiell aufwändiger. Wenn man von der mittlerweile bereits geläufigen, expliziten internen Kommunikationsform über die zwischengelagerte Schnittstelle eines Smartphones oder Tablets absieht, bilden im Fall der Mensch-Gebäude-Kommunikation die direkte Erfassung der Bewohnenden und deren ausgesendete Anweisungen und Signale einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt. Es werden Systeme entwickelt, die sowohl verbale, wie nonverbale Signale verarbeiten können, was es letztlich für eine korrekte Erfassung so schwierig macht. Auch hier zeigt sich wieder die Wichtigkeit der „Fusion von sensorischer Evidenz“ wie sie von Görz (Hrsg.), Schneeberger (Hrsg.), Schmid (Hrsg.) (2014) be-nannt wird. Eine Anwendung, die diese Form der Kommunikation technisch realisiert, ist die Technologie der erweiterten Realitäten oder Augmented Reality19. Die Technik erlaubt es, durch Tragen von sogenannten Augmen-ted Reality (AR)-Brillen, virtuelle Objekte in den realen Kontext des betrach-teten Raums einzubeziehen. Im Unterschied zur Virtual Reality20, bei der dem Nutzenden über entsprechende VR-Brillen eine gänzlich virtuelle Welt präsentiert wird, erweitert die Augmented-Reality-Technologie lediglich die reale Welt um zusätzliche, digitale Elemente. Je nachdem, wohin im 15 Objekt-Gebäude-Interaktion (Object-Building-Interaction, OBI), als gebäudespezifische Anwendung der Machine-To-Machine-Kommunikation beschreibt sie die Möglichkeit der direkten Kommunikation und Interaktion zweier technischer Objekte untereinander. 16 Abb. 5 zeigt qualitativ die Entwicklung der Protokolle des X10 System, CEBus und dem KNX-Bus in zeitlicher Abfol-ge und Auszüge der verschiedenen, entstandenen Kommunikationsnetze für Smart-Building-Anwendungen.17 Service Roboter: Serviceroboter, oder auch als Dienstroboter bezeichnet, sind gemäß Definition der Norm EN ISO 8373 Roboter, die unterstützend dem Menschen zur Seite stehen.18 Mensch-Gebäude-Interaktion (Human-Building-Interaction, HBI), gebäudespezifische Anwendung der Mensch-Maschine-Kommunikation beschreibt die Interaktion zwischen dem Gebäude und dessen Bewohnern oder des menschlichen Umfelds.19 Augmented Reality (AR): Augmented Reality ist eine Technologie zur Erweiterung der realen Welt um virtuelle Aspekte.20 Virtual Reality (VR): Die Virtual Reality beschreibt eine gänzlich virtuell geschaffene Welt. Die Verwendung von VR-Brillen ermöglicht den Benutzern, sich beispielsweise in computersimulierten Räumen zu bewegen.

Abb. 47: Veränderte Nutzungswei-se und Wahrnehmung von Räumen auf Grund steigender interner In-teraktionsmöglichkeiten durch beispielsweise (1) Augmented Reality und (2) Pervasive Computing Konzepte.

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Raum sich der Blick der Person richtet, werden dem Betrachter die pas-senden Objekte und Informationen digital ergänzt. Perspektivisch könnten so Raumoberflächen die Aufgabe, die bisher durch das Tragen der AR- und VR-Brillen übernommen wird, ersetzen und als Projektionsflächen je nach Situation und vorhandenen Nutzererwartungen die passende Ausstattung eines Raums simulieren.

Die benannten Beispiele verdeutlichen, dass mit Anwendung der Mensch-Gebäude-Kommunikation im Vergleich zur Objekt-Gebäude-Kommunika-tion der technische Aufwand zunimmt. Wie vorab beschrieben, sind hier-bei Fähigkeiten notwendig, die bestenfalls unterschiedliche nonverbale Signale, wie die Blickrichtung der Bewohner oder deren Bewegungsab-läufe, parallel deuten und verarbeiten können. Mit thermischen und op-tischen Sensoren, die sowohl Präsenzzustände und Bewegungsmuster, wie auch Zustandsänderungen im Raumkomfort erkennen lassen, existie-ren bereits erste Technologien, um grundlegende nonverbale Signale infor-mationstechnisch zu nutzen. In Kombination mit digitalen Sprachassistenten zur Verarbeitung zusätzlicher verbaler Signale, existieren bereits heutzutage Technologien für die Anwendung im Gebäude, um menschliche Kommuni-kationsformen technisch zu erfassen. Die Gestensteuerung, die sich weitest-gehend noch in der Entwicklung befindet und bisher lediglich in kleinmaß-stäblicher Form in Spielekonsolen genutzt wird, bietet perspektivisch jedoch noch wesentliche Potenziale, den Nutzungskomfort und die Automatisierung von Wohnräumen weiter zu steigern. Das Gebäude kann in diesem Fall ohne direkte Anweisungen, wie sie noch bei der Benutzung von Smartphones oder digitalen Sprachassistenten nötig sind, durch das Erkennen und Deuten der Tätigkeiten und Reaktionen der Bewohner Prozesse und Services eigenstän-dig anstoßen und den passenden Raumkomfort oder die gewünschte Raum-stimmung autonom generieren. Klassische Bedienelemente, wie beispielswei-se Taster oder Schalter auf der Wand und damit verbundene Installationen werden dadurch langfristig im Hinblick auf die beschriebene Vielfalt interner Möglichkeiten zu interagieren, eingespart werden.

Externe Interaktion (Vernetzung 3.Ordnung)Das Gebäude als Objekt im Verbund mit dessen Umgebung zeigt die drit-te Form eines Gebäudes, in Interaktion zu treten. Die architektonische Ausformulierung von Gebäuden war dabei seit jeher durch den unmittel-baren Bezug zur und Austausch mit der Umgebung geprägt. Mit der Wahl des Materials oder der Gestaltung und Gliederung der Fassade findet stets eine externe architektonische Vernetzung und Interaktion mit der Umgebung statt. Dabei nutzte man historisch betrachtet Hüllflächen immer schon als Projektionsflächen zur Repräsentation der inneren Nutzung und zur Verknüpfung des Gebäudes mit der Umgebung. Die externe Interaktion, oder Interaktion 3. Ordnung, zeigt sich heutzutage jedoch auch bereits in anderer Form. Seit der vermehrten Verwendung von Solarenergie gewinnenden Technologien, wie beispielsweise Pho-tovoltaik, findet man auch immer häufiger Systeme zur gebäudenahen Solarenergienutzung eingebunden in Hüllflächen von Gebäuden. Dies führt in Teilen dazu, dass die ergänzend berücksichtigte Solarenergie-nutzung eine Architektur überformende Bedeutung erhält und gestalt-prägende Wechselwirkungen aus der Energie- und Gebäudenutzung entstehen. Einerseits findet in Teilen eine Modellierung von Baukör-pern statt, die es ermöglicht, integrierte Solarsysteme zur aktiven En-ergiegewinnung bestmöglich der Sonne zuzuwenden. Andererseits wird versucht, durch gebäudemorphologische Abwägungen die pas-siven Solarenergiegewinne für die jeweilige Nutzung zu optimieren.

Abb. 48: Gebäude-morphologische Auswirkungen auf Grund externer Vernetzungen zur optimierten Nutzung (1) passiver und (2) aktiver Solarenergiegewinne.

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67 I


Einen ebenfalls Architektur prägenden Ansatz externer Interaktion zeigt seit den Diskussionen zur nachhaltigen Entwicklung von Stadt die, erneut an Interesse gewonnene, Begrünung von Fassaden und Dächern zur Ver-besserung des Mikroklimas in der Umgebung des Gebäudes. Gebäude und deren Hüllflächen tragen durch die integrierte Begrünung dazu bei, den in Studien wiederkehrend beschriebenen Wärmeinseleffekt in Städ-ten mit hohem Versiegelungsgrad der Oberflächen einzudämmen.

Mit der fortschreitenden Entwicklung in der Vernetzung technischer Ob-jekte zeigen sich auch erste Formen externer Vernetzung, die das Konzept der repräsentativen Wirkung der Außenhaut im Stadtraum neu interpre-tieren. Aktuelle Formen informationsbasierter, externer Interaktion finden sich beispielsweise in bauwerksintegrierten Medienfassaden wieder, wie das Beispiel des Kunstmuseums Basel in Abb. 52 (1) exemplarisch zeigt. Die Hüllflächen des Museums erlauben es, über in den Fugen des Mauer-werks eingelegte LED-Bänder Informationen auf die Fassade zu projizie-ren und extern zu kommunizieren. Ähnlich der Nutzung von Solarenergie, zeigt das Beispiel die Architektur prägenden Eigenschaften, die aus der Anwendung externer Vernetzungsoptionen entstehen können.

Während die Interaktionsformen 1. und 2. Ordnung sowohl explizite, wie auch implizite Charaktereigenschaften aufweisen können, konzentriert sich die Anwendung externer Interaktion im Wesentlichen auf implizite Anwendungsformen. Die aktive Einflussnahme von Passanten oder Be-wohnern findet bisher kaum Anwendung.

3. Herausforderungen wachsender Interaktionserwartungen von Gebäuden

Wenn man beim Gebäude von dem synonymen Wort der Immobilie aus-geht und das lateinische immobilis21 ins Deutsche übersetzt, stellt ein Ge-bäude per se erst einmal ein starres, „unbewegliches“ Objekt dar. Gebäu-de sind demnach grundlegend nicht darauf ausgelegt, sich zu verändern oder sich dynamisch an spezifische Situationen eigenständig anzupassen. Die im Rahmen der Arbeit beleuchteten Funktionserweiterungen fördern jedoch eben diese dynamische und eigenständige Anpassungsfähigkeit. Es ist dabei auch weiterhin nicht zu erwarten, dass Gebäude oder Städ-te, wie in den Utopien der Gruppe Archigram aus den 1960er Jahren im Konzept der „Walking Cities“ nach Warren Chalk und Ron Herron (1964) formuliert, sich als urbane Gesamtgebilde durch die Landschaft bewe-gen, um unbewohnbar gewordene Bereiche der Erde hinter sich zu lassen (Sturm, Schmal (2016)). Die für die Vision als Inspiration zu Grunde gelegte Unité d‘Habitation des Architekten Le Corbusier, die Ende der 1940er Jahre erstmals errichtet wurde, zeigt jedoch als gebautes Beispiel, dass Dynamik, Wandelbarkeit und Architektur keinen Widerspruch darstellen und Dynamik durchaus vermehrt Ausdruck in gebauter Architektur finden kann.

Im Zuge der Entwicklungen rund um das nachhaltige und energieeffiziente Bauen sind bereits unterschiedliche implizite wie explizite Interaktionsansätze entwickelt worden, um die dynamische Anpassungsfähigkeit von Architektur hinsichtlich des Raumkomforts und der Energieverwendung aus technischer Sicht zu erhöhen. Die anfangs in den USA und mittlerweile (2020) weltweit aus-getragenen Solar-Decathlon-Wettbewerbe erzeugen ein Abbild dessen, was an unterschiedlichsten Konzepten für verschiedene klimatische Bedingungen 21 immobilis: unbeweglich (dt.), a.G.: https://de.pons.com/übersetzung/latein-deutsch/immobilis, abgerufen am 08.06.2020, 17:00

Abb. 49: Konzept der Walking Cities der Architektengruppe Archigram und die Inspi-ration der Wohnmaschine der Unité d’Habitation des Architekten Le Corbusier.

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© C.Drebes. Suffizienz & Interaktion © C.Drebes. Suffizienz & Interaktion

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impliziteFunktion

räumlich/technisch

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Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

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Abb. 50: Die Vernetzung und Digitalisierung des Alltags ermöglicht Nutzern von Wohngebäuden vielseitige Medien und Optionen zur Interaktion im Umgang mit Gebäuden und dessen Umfeld anzuwenden. Welche Services sind im Hinblick auf die Nutzung angemessen und wie kann Architektur darauf reagieren?

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und Regionen aus universitärer, wissenschaftlicher Sicht hinsichtlich dyna-misch, interagierender Architektur diskutiert wird. Angefangen von passiven Ansätzen sowie Konzepten zur Suffizienz im Umgang mit Raum und einge-setzter Technik bis hin zu ganzheitlich symbiotisch gedachten Konzepten aus der Wohnnutzung und dem technisch geregelten Energiehaushalt findet man unterschiedlichste architektonische Lösungsansätze (Beispiele vgl. Abb. 51).

Auch außerhalb des akademischen Umfelds finden intensive Bemü-hungen statt, sich mit unterschiedlichen innovativen Ansätzen den neu-en Herausforderungen im Bauen zu stellen und sich die Möglichkeiten der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden zu Nutze zu machen. Das Wohn- und Bürogebäude „2226“ des Architekturbüros Baumschlager Eberle beispielsweise verfolgt den Ansatz, mit geringstmöglichen Technikein-satz und der Trägheit der eingebrachten Baumasse den Energiebedarf zu senken und gleichzeitig einen der Nutzung angepassten Raumkom-fort zu bieten. Die reduzierte Gebäudetechnik erreicht dennoch durch eine erhöhte und der Gebäudenutzung angepasste gebäudetechnische Intelligenz ganzjährig, in den einzelnen Büro- und Wohngeschossen er-wartete Raumkomfortbedingungen zu realisieren. Als grundlegend ande-ren Ansatz verfolgt das Heliotrop des Architekten Rolf Disch, das durch Drehen des Gebäudes um die eigene Achse versucht, die Solarenergie gewinnenden Systeme und Fensterflächen des Gebäudes ganztägig op-timal zur Sonne auszurichten, die Dynamik von Architektur zu erhöhen und durch implizite Interaktion den Energiehaushalt zu verbessern. Plu-senergiegebäude, wie das einführend bereits erwähnte Aktivstadthaus vom Architekturbüro HHS Planer und Architekten wiederum nutzen unter anderem zusätzlich explizite Interaktionsmöglichkeiten. Indem den Benut-zern beispielsweise ihr energetisch relevantes Nutzerverhalten und da-raus resultierende Energieverbräuche visualisiert werden, wird erwartet, dadurch das Nutzerverhalten perspektivisch beeinflussen zu können, um die Energienutzung im Gebäude zu optimieren. Anpassungsfähige und interagierende Architekturkonzepte lassen sich jedoch nicht nur im Hin-blick auf eine Verbesserung des Energiehaushalts erkennen. Ein Beispiel in diesem Zusammenhang, welches im kleinen Maßstab durch ein Detail in der Fassadengestaltung die Interaktionsfähigkeit zu steigern versucht, ist das Arab World Institute vom Atelier Jean Nouvel. Die integrierte, technische Intelligenz des Gebäudes bewirkt, dass in Abhängigkeit zu erfassten Innen-raumbedingungen in den Ausstellungsflächen des Gebäudes automatisiert in der Fassade integrierte, wiederkehrenden Linsen mit kleinteiliger Öffnungsme-chanik sich bedarfsbezogen öffnen und schließen lassen (Abb. 52 (2)).

Im Hinblick auf die Betrachtung einer gesamten Stadt werden seit dem Jahr 2003 in der südkoreanischen Planstadt Songdo City konzeptionell begründet grundlegend alle Gebäude und infrastrukturellen Einrichtungen als intelligent interagierende Komponenten eines Gesamtsystems ausgelegt und realisiert. In Form einer Modellstadt für Smart Cities will Songdo City, als neuer Stadtteil der Stadt Incheon, auf Grundlage des Masterplans von Kohn Pederson Fox Associates PC erstmals den Gedanken einer ganzheitlich gedachten Smart City als strukturbildendes Konzept umsetzen. Versorgungssysteme für Ener-gie sind ebenso digital ausgelegt und zentral koordiniert, wie Entsorgungssy-steme für Müll und das öffentliche Transportsystem der Stadt. Kritiker sehen in dem ganzheitlichen Planungsansatz von vernetzten Lebensräumen die Ge-fahr, dass der Bewohner letztlich als reiner Konsument in einem in sich funk-tionierenden technischen Konstrukt eingebunden ist. Die Bedeutung der ei-gentlichen Nutzung von Stadt soll dadurch geschmälert werden, und die Stadt nicht länger grundlegend durch deren Nutzungsweisen zu definieren sein (Klühspies (2015)). Es ist also ähnlich der behandelten Forschungsfrage

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Abb. 51: Vernetzte, interagierende Architektur. Pilotprojekte im Rah-men der Solar Decathlon Wettbewerbe: (1) Solar De-cathlon Middle East 2018, Architektur: Team Virginia Tech, (2) Solar Decathlon 2009, Architektur: Team TU Darmstadt, (3) Solar De-cathlon 2007, Architektur: Team TU Darmstadt.

I 70

erneut zu betrachten, inwieweit entsprechend dem Nutzen eine Notwen-digkeit für integrierte Systeme baulicher Intelligenz und Interaktionsfähig-keit besteht. Die Angemessenheit der baulich technischen Vernetzung ist demnach relevant, um die Nutzung von Gebäuden und infrastrukturellen Einrichtungen zu stärken, ohne die Entfaltungsfreiheiten der Bewohner aus den Augen zu verlieren.

Aufbauend auf der Datengrundlage des Statistischen Bundesamtes (Stati-sta (Hrsg.) (2019b)), lassen sich zusammenfassend die in der Kreisgrafik in Abb. 50 dargestellten Anwendungsfelder potenzieller baulicher Interaktions-formen von Wohngebäuden, ergänzt um die Kreissegmente interner und externer Einflüsse, aus der internen Nutzung und umgebenden Faktoren benennen. Das Diagramm ist demnach grundlegend gegliedert in die Seg-mente zu Einflussgrößen und den vorhandenen Marktsegmenten des Smart-Home-Sektors mit dem Bereich Energiemanagement, der Nutzung intelli-genter Haushaltsgeräte, der Konnektivität und Kontrolle, dem Bereich von Home-Entertainment-Systemen, sowie Anwendungen zur Sicherheit und des Raumkomforts. Das Energiemanagement beinhaltet alle Services, die den Energiebedarf eines Hauses grundlegend beeinflussen, von Technologien zur Reduktion des Energiebedarfes durch Interaktion bis hin zur Sensorik zur bedarfsgerechten Steuerung. In der Gruppe intelligenter Endgeräte (Smart Appliances) werden alle Haushaltsgeräte zusammengefasst, die, wie vernetzte Kühlschränke als Großgeräte oder Serviceroboter als ver-netzte Kleinst- und Kleingeräte, mit dem Internet verbunden beziehungs-weise mit der zentralen Steuerungseinheit eines Gebäudes kommunizie-ren können. Der Bereich interaktiver Konnektivität und Kontrolle befasst sich mit Serviceangeboten zur Gebäude-internen und im Verbund mit der Umgebung auch Gebäude-externen Vernetzung. Es lassen sich unter an-derem Zustände des Energiemanagements nachvollziehen und abfragen. Gleichzeitig umfasst der Bereich der Konnektivität und Kontrolle die in-formations- und kommunikationstechnische Vernetzung der Gebäudebe-wohner einzubeziehen, wie beispielsweise Telefon- oder Internetdienste. Das Marktsegment des Home Entertainment wiederum beschreibt Tech-nologien zur qualitativ hochwertigen Präsentation von Unterhaltungs-medien, wie Musik, Video oder Fernsehen. Im Zusammenhang mit in-teraktionssteigernder Funktionalität beschäftigt sich dieser Bereich im Speziellen beispielsweise mit raumübergreifenden Funktionen, wie dem Multi-Room-Entertainment, bei dem vernetzte Lautsprechersysteme über eine gemeinschaftlich genutzte Applikation raumübergreifend unter anderem Musik wiedergeben. Das Interaktionsangebot vernetzter Sicherheitstechnik von Wohngebäuden umfasst wiederum sowohl interne vernetzte Sicherheits-technik, wie Rauchdetektoren oder Feuchtigkeitssensoren zur allgemeinen Gefahrenabwehr, wie auch Technologien des Einbruchsschutzes und der Schließtechnik. Der letzte, wesentliche Bereich interaktionsfördernder tech-nischer Gebäudeausstattung beschreibt alle Belange des Raumkomforts. Neben der generellen bedarfsgerechten Ausstattung von Wohngebäuden mit Technologien zum Wohnkomfort werden konkrete akustische, olfaktorische, thermische, wie auch visuelle Komforttechnologien behandelt.

Das bestehende und nach bisherigen Studien auch weiter anhaltende In-teresse am vernetzten Wohnen und dem interaktionsgestützten Alltag im europäischen Raum begründet letztlich die Relevanz, sich im Hinblick auf die anvisierte Klimaneutralität bis zum Jahr 2050 mit der formulierten Forschungsfrage der vorliegenden Arbeit auseinanderzusetzen. Wäh-rend mit dem Fortschreiten der Digitalisierung zunehmend neue Anwen-dungsfelder vernetzter Technik erschlossen sein werden, wird man sich gleichzeitig damit beschäftigen, inwieweit die neuen Erfindungen eine

Abb. 52: (1) Kunstmuseum Basel, Architektur: Christ & Gantenbein; (2) Arab World Institute, Architektur: Atelier Jean Nouvel

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71 I


nachhaltige Entwicklung fördern können. Nur eine sinnvolle Kombination aus weiterentwickelter technischer Vernetzung und Berücksichtigung der Belange einer nachhaltigen Entwicklung wird zielführend Nachhaltigkeit im Gebäudesektor fördern können. Das Europäische Parlament und der Europäische Rat haben mit der Verabschiedung der Energy Performance Buildings Directive (EPBD), der Richtlinie über die Gesamt-Energieeffizi-enz von Gebäuden (Europäische Kommission (Hrsg.) (2018), (2019b)), die unter anderem auch die Klimaneutralität des Gebäudesektors bis zum Jahr 2050 regelt, eine Anforderung mit in die gesetzliche Bestimmung aufgenommen, die den Umfang integrierter vernetzter Technik und Inter-aktionsfähigkeit von Gebäuden betrachtet. Der allgemein als „Intelligenz-fähigkeitsindikator“, oder „Smart Readiness Indicator“22 benannte Faktor soll perspektivisch bewerten, welche technischen Fähigkeiten ein Gebäu-de aufweist, um sich an die Bedürfnisse der Benutzer dynamisch anpas-sen zu können. Der freiwillige Bewertungsfaktor soll erreichen, Aussagen hinsichtlich der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden treffen zu können, Vorteile bezüglich der Einsparung an Betriebsenergiebedarfen zu verdeut-lichen und die Vergleichbarkeit von Gebäuden untereinander hinsichtlich deren baulich, technischer Intelligenz zu verbessern.

In der technischen Studie Verbeke, Waide, Bettgenhäuser et al. (2018) wurde auf Grundlage der Vorgabe der Europäischen Kommission das Grundkonzept zur Bewertung der Intelligenz eines Gebäudes im Rahmen des Smart Readi-ness Indicators erarbeitet. Aufbauend auf acht sogenannten Impact Criterias, angefangen von der Energienutzung im Gebäude bis hin zur Information der Gebäudenutzer über dessen Verbrauch, werden verschiedene Bereiche von Gebäudeintelligenz kategorisiert und innerhalb der acht Hauptkategorien je-weils nach zehn Unterkategorien, sogenannten „Domains“, weiter unterteilt. Die Domains definieren jeweils einzelne technologische Schwerpunkte inner-halb der Hauptkategorie. Die Schwerpunkte werden unter anderem in die Be-reiche Heizen, Kühlen oder Warmwasser unterschieden, aber auch nach dem Gebäude-Monitoring oder dem Laden von Elektrofahrzeugen. In Abb. 53 wird zusammenfassend in Kombination der Grundlagen zum Konzept des SRI und der in Abb. 50 beschriebenen Möglichkeiten gebäudebezogener Vernetzung und Interaktion gezeigt, wie die Verteilung verschiedenartiger Interaktions-formen den Impact Criterias des SRI zugeordnet werden können.

Die beiden, in der Technologiebranche tätigen, Autoren Schmidt, Cohen (2013) erwarten einen durchgreifenden Erfolg des technisch vernetzten und interagierenden Wohnungsbaus, begründet in den Möglichkeiten, durch vernetzte Technik Wohnräume personalisieren zu können. Losge-löst von potenziellen energetischen Einspareffekten bewirkt eine inter-aktionsfähige Gebäudetechnik, individuelle und bedarfsgerechte Kom-fortangebote zu schaffen. „Die verschiedenen Geräte, Bildschirme und Maschinen in der Wohnung der Zukunft werden nicht nur nützlich sein, sondern Unterhaltung, Ablenkung, geistige und kulturelle Bereicherung, Entspannung und soziale Kontakte bieten. [...] Wir werden in der Lage sein, unsere Geräte und die gesamte Technologie in unserer Umgebung exakt auf unsere Bedürfnisse zuzuschneiden [...]“. Im weiteren Verlauf des Textes fassen sie ihre Aussage mit den Worten zusammen: „[Die] Woh-nung ist ein elektronisches Orchester und Sie [die Bewohnenden] sind

22 Smart Readiness Indicator (SRI): „A Smart Readiness Indicator (SRI) for buildings shall provide information on the technological readiness of buildings to interact with their occupants and the energy grids, and their capabilities for more efficient operation and better performance through ICT technologies. The SRI is expected to become a cost-effective measure which can effectively assist in creating more healthy and comfortable buildings with a lower energy use and carbon impact and can facilitate the integration of Renewable Energy Sources. [...]The indicator is intended to raise awa-reness about the benefits of smart technologies and ICT in buildings (from an energy perspective, in particular), motivate consumers to accelerate investments in smart building technologies and support the uptake of technology innovation in the building sector.“ (Verbeke, Waide, Bettgenhäuser et al. (2018))

I 72

Executive Summary

16

IMPACT SCORES OF SMART READY SERVICES A smart ready service can provide several impacts to the users and the energy grid. In the study, eight distinct impact categories have been considered. The impact criteria listed here may need to evolve further (e.g. to a more simplified set) to facilitate the implementation and communication of the SRI.

Figure 8 – Eight impact criteria defined in the study

▪ Energy savings on site

This impact category refers to the impacts of the smart ready services on energy saving capabilities. It is not the whole energy performance of buildings that is considered, but only the contribution made to this by smart ready technologies, e.g. energy savings resulting from better control of room temperature settings.

▪ Flexibility for grid and storage This impact category refers to the impacts of services on the energy flexibility potential of the building.

▪ Self-generation This impact category refers to the impacts of services on the amount and share of renewable energy generation by on-site assets and the control of self-consumption or storage of generated energy.

▪ Comfort This impact category refers to the impacts of services on occupants’ comfort. Comfort refers to conscious and unconscious perception of the physical environment, including thermal comfort, acoustic comfort and visual performance (e.g. provision of sufficient lighting levels without glare).

▪ Convenience This impact category refers to the impacts of services on convenience for occupants, i.e. the extent to which services “make the life easier” for the occupant, e.g. by requiring fewer manual interactions to control technical building systems.

▪ Well-being and health This impact category refers to the impacts of services on the well-being and health of occupants. For instance, smarter controls can deliver an improved indoor air quality compared to traditional controls, thus raising occupants’ well-being, with a commensurate impact on their health.

▪ Maintenance and fault prediction, detection and diagnosis Automated fault detection and diagnosis has the potential to significantly improve maintenance and operation of technical building systems. It also has potential impacts on the energy performance of the technical building systems by detecting and diagnosing inefficient operation.

▪ Information to occupants This impact category refers to the impacts of services on the provision of information on building operation to occupants.

SRI for BuildingsReference: Verbeke S., Waide P., Bettgenhäuser K., Uslar M.; Bogaert S. et al.; “Support for setting up a Smart Readiness Indicator for buildings and related impact assessment - final report”; August 2018; Brussels

Executive Summary

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Figure 5 - Overview of the SRI methodological framework


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Abb. 53: Smart Readiness Indica-tor (SRI). Der SRI ist ein im Auftrag der „European Commission Directorate-General for Energy“ entwickeltes und freiwillig anwendbares Schema zur Bewertung der Intelligenz eines Gebäudes. Es wurde auf Vorgabe der EU-Ge-bäuderichtlinie (EPBD) ent-wickelt und ist anwendbar auf Bestandsimmobilien, wie auch auf Neubauten.

der Dirigent“. In der vorliegenden Arbeit wird dem Zitat ergänzend hin-zugefügt, das perspektivisch Gebäude letztlich in weiten Teilen am Ende selbst die besseren Dirigenten des resultierenden „elektronischen Orche-sters“ sein werden. Eine in angemessenem Maß berücksichtigte künst-liche Gebäudeintelligenz (KGI) wird die Entscheidungsfindung, anders als dessen Benutzer, auf Grundlage fortlaufend verfeinerter Erfahrungswerte und zeitabhängiger Sensordaten zielorientiert und objektiv ausfallen las-sen und dadurch gegenüber den Benutzern energetische Vorteile erzielen.

Es gibt dabei zusammenfassend betrachtet pauschal zwei wesentliche Voraus-setzungen, die ein bedarfssensitiv interagierendes Gebäude nach Angaben des Beitrags „Smart Homes Can Be Smarter“ (Augusto, Nugent (Hrsg.) (2006)) der Buchreihe „Lecture Notes in Artificial Intelligence“ bieten muss. Für eine mögliche Einflussnahme auf Verhaltensweisen der Nutzenden und Zustände des Raums ist es wesentlich, Aktivitäten und bewegte Objekte zu identifizieren und in räumlich-zeitlichen Zusammenhang setzen zu können. Eine zeitnahe Reaktion auf die Präferenzen der Benutzer erfordert mittels der Fähigkeit des maschinellen Lernens mit wachsender Nutzungszeit, spezifische Präferenzen zu erkennen und in wiederkehrenden Situationen vorausschauend anzubie-ten. Mit einer steigenden Anzahl und Varianz an Nutzergruppen, individuellen Ansprüchen und Verhaltensweisen innerhalb eines Gebäudes und der wach-senden Komplexität von Abwägungsprozessen werden – im Unterschied zur menschlichen Natur – zunehmend die Vorteile einer KI-gestützten objektiven, informationstechnischen Entscheidungsfindung zur Geltung kommen.

73 I


KAp. VI Multimodale Ansätze der Vernetzung von Gebäuden

I 74

Abb. 54: Einflussebenen von Ener-giesuffizienz im Gebäude

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Generationenwohnen

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Generationenwohnen SVVRPR (K1) wochenends pro WE [W]

NG Generationenwohnen

Pikto SUI+RPRSVV- 0-2.1+4-0.4+4.1.5

SVV - Wärmebedarf im Jahresgangsanierter BST o.I. und sanierter BST m.I., sowiesolar-optimiert, sanierter BST m.I.*1

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Pikto SUI+RPRSVV- 0-2.1+4-0.4+4.1.5

SVV - Wärmebedarf im Jahresgangsanierter BST o.I. und sanierter BST m.I., sowiesolar-optimiert, sanierter BST m.I.*1

Januar Juni Dezember Januar Juni Dezember

RPRSVV - Wärmebedarf im Jahresgangsanierter BST o.I. und sanierter BST m.I., sowiesolar-optimiert, sanierter BST m.I.*1

trend line BST 0-2.1a *1 BST (Bestand) IBS (Interaktives Gebäude) m.I. (mit Interaktion) o.I. (ohne Interaktion)

trend line IBS 4-0.4b (san.)trend line IBS 4-1.5b (sol.opt.,san.)

Strom WKTStrom WET

Wärme sol.-opt. saniertWärme saniertWärme im Bestand

1. Allgemein

Die Vorgaben der EU-Gebäuderichtlinie von 2018 zum Umgang mit smarten Technologien in Gebäuden hat mit der Benennung des Smart Readiness Indicator (SRI) die grundlegend anvisierte Entwicklung im Ge-bäudesektor umrissen (Europäische Kommission (Hrsg.) (2018)). Der als Bewertungskriterium der technischen Intelligenz eines Gebäudes dienen-de Indikator wurde vom deutschen Bundeskabinett in dem am 19.Juni 2020 verabschiedeten Gebäudeenergiegesetz (GEG) (BMWi (Hrsg.) (2020)) zwar noch nicht in nationales Recht überführt, aber soll perspektivisch gemäß der Vorgabe der Richtlinie entsprechend Berücksichtigung finden. Der damit geschaffene politische Rahmen wird somit auch zukünftig neue technische und räumliche Innovationen im Bereich der Interaktionsfähig-keit von Gebäuden erwarten lassen.

Multimodale Vernetzung findet dabei im Kontext von Wohngebäuden be-reits heute, wie das vorangestellte Kapitel gezeigt hat, in unterschiedlicher Form und den verschiedenen Anwendungsebenen, angefangen von der Hüllfläche, dem Gebäude als intermediäre Ebene und der Nutzung inter-ner Oberflächen, Anwendung. Die nachfolgend dokumentierte Auswahl an baulichen Interaktionsformen resultiert aus dem Hintergrund der Arbeit, die Suffizienz von Gebäuden nachhaltig beeinflussen zu können. Neben eta-blierten Services werden auch potenzielle Entwicklungsfelder hinsichtlich der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden betrachtet. Im Kontext der vorlie-genden Forschungsfrage wird sich dabei im Wesentlichen auf technische Interaktionsformen beschränkt, die erlauben, den Raumkomfort oder En-ergiehaushalt eines Gebäudes beziehungsweise einer einzelnen Wohnein-heit zu beeinflussen. Für jeden beschriebenen Ansatz werden in der tabel-larischen Auflistung Angaben bezüglich der potenziellen Energiesuffizienz fördernden Effekte gemacht. Zudem sind jeweils aus der Interaktion fol-gende, allgemeine technische Anforderungen beschrieben und Verweise angeführt, die weiterführende Literaturquellen und aktuelle Forschungstä-tigkeiten in diesem Bereich benennen. Die Gliederung der tabellarischen Auflistung orientiert sich an der vorab getroffenen Einteilung baulicher In-teraktionen, unterteilt nach den Einflussebenen der ersten (intermediär) bis dritten (extern) Ordnung. Der parallel angeführte textliche Beschrieb nimmt Bezug auf die konkreten Anwendungsformen der Tabellen und beschreibt darüber allgemeine Abhängigkeiten der betrachteten Einflussebene.

75 I

Multimodale Ansätze der Vernetzung von Gebäuden

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



GSEducationalVersion

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Temperatur

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Einblick

Feuchtigkeit

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Materialität

Gestaltung

Energie

SchutzGestaltung

Oberflächen

Materialität

Flexibilität

Proportion

Konstruktion

2. Ansätze intermediärer Vernetzung. Gebäude als Interaktionsfilter zwischen Innenraum und Außenraum

Die filternden Eigenschaften eines intermediär vernetzten Gebäudes er-lauben es, entsprechend der einführend getroffenen Definition, den Aus-tausch zwischen Innen- und Außenraum aktiv oder passiv zu regeln. Es werden dabei im Wesentlichen alle Belange bezüglich des Raumkomforts behandelt, in Kombination mit davon abhängigen resultierenden energe-tischen Bedarfen. Die Vielseitigkeit der denkbaren intermediären Interakti-onsformen reicht dabei von rein architektonisch, gestalterischen Ansätzen, wie der Proportion oder Orientierung von Fensterflächen als Schnittstelle visueller Vernetzung bis hin zu bauphysikalischen, dynamisch-energe-tischen Abhängigkeiten zwischen Innen- und Außenraum. Während man sich bei der Zustandsänderung zur Einsehbarkeit eines Gebäudes be-rechtigterweise die Frage stellen kann, inwieweit eine technisch automa-tisierte Anpassungsfähigkeit des Transparenzgrades eine angemessene Form der Umsetzung darstellt, relativiert sich die Frage mitunter, wenn die Anpassung des Transparenzgrads maßgeblich den Energiehaushalt beeinflussen hilft. Dem Bewohner kann nicht abverlangt werden, die komple-xen Abhängigkeiten während der Nutzungsphase objektiv und dauerhaft be-werten zu können. Eine bedarfsbezogen ausgelegte Intelligenz des Gebäudes kann hingegen in diesem Zusammenhang annähernd in Echtzeit komplexeste Zusammenhänge abwägen und entsprechend ganztägig die jeweils energie-suffizienteste Lösung fördern.

Einen weiteren wesentlichen Bereich intermediärer Vernetzung bilden die Wechselwirkungen zwischen dem individuellen Energieverbrauch im Ge-bäude und gebäudenah gewonnener regenerativer Energie ab. Auch hier-bei bietet sich die Funktionsweise einer technischen Interaktion auf Grund der Komplexität in der Abwägung von Direktverbrauch, Einspeisung und Speicherung zur Optimierung des Eigennutzungsgrades an. Ein weiteres Anwendungsbeispiel, das die Vorteile einer technischen intermediären Regelung gegenüber einer manuellen Bedienung veranschaulicht, ist das üblicherweise im Bürobau angewendete Konzept der Nachauskühlung. In die Fassade eingebundene, technisch geregelte Lüftungsflügel sind po-tenziell auf Grund des Tages- und Nutzungszeit-unabhängigen, objektiven Betriebs zur Verbesserung des thermischen und olfaktorischen Komforts im Raum auch im Wohnungsbau denkbar. Wenn man sich beispielsweise die Ruhephasen der Bewohner während der Nacht anschaut, in denen tendenziell die Luftqualität im Innenraum abnimmt, wäre durch die tech-nische Interaktionsfähigkeit des Gebäudes auch in dieser Zeit ein Lüften der Räume möglich.

Im Zusammenhang mit intermediären Interaktionen zeigt sich bereits an den beschriebenen Beispielen deutlich der Unterschied zu gängigen Maß-nahmen, die bauliche Effizienz zu verbessern. Während Effizienzmaßnah-men durch beispielsweise Dämmen und Abdichten von Hüllflächen im Wesentlichen allgemeingültig anwendbar sind und sich passiv auswirken, bedingen interaktionsgestützte Maßnahmen, dass aktiv durch das Gebäu-de auf dynamische Veränderungen reagiert werden muss. Das Projektbei-spiel eines Wohnblocks in Helsinki in Abb. 56 beschreibt exemplarisch, wie tiefgreifend eine, die Dynamik berücksichtigende, intermediäre Inter-aktion gängige Gebäudetechnik perspektivisch beeinflussen könnte. Der Geschosswohnungsbau ist ausgestattet mit einer zentral geregelten Wär-meversorgung. Die Wohnungen werden unabhängig und einzeln bedarfs-gerecht auf Grundlage gesammelter Erfahrungswerte zur Nutzungsweise

Abb. 55: Visualisierung eines Proto-typen des solaradaptiven polyfunktionalen Fassaden-prinzips des Forschungs-projektes „benefit E2“ in Form eines Luftkollektors mit bedarfsgerecht ad-aptierbaren Photovoltaik-modulen am Beispiel einer Bürofassade.

I 76

Tab.: Ansätze intermediärer Vernetzung von Wohngebäuden, Wohneinheiten, Räumen

Sensitive GebäudetransparenzGebäude v4- Intermediärer visueller Komfort


Suffizienzpotenzial: Interaktion: Technik:

Reduktion von Rauman-sprüchen durch alternative Angebote wie visuelle Weite und den Bezug zum externen Umfeld.

Koordination nutzungsbe-dingter Erwartungen durch anpassen der Einsehbarkeit und visuellen Kommunikati-onsmöglichkeiten zwischen Innenraum und Außenraum.

Interaktionsfähiger und regelbarer Sicht- und Blendschutz als applizierte oder im Gebäude inte-grierte Anwendung.

Literatur:

Dietrich (2015), Hausladen, Saldanha, Liedl et al. (2004), Hube (2004)

Gemeinschaftliche Nutzung Gebäude-geregelter Ausstattungen

Gebäude v11- Gemeinschaftsräume für technische Versorgung mit Tageszeitplansteuerung


e.g. washroom e.g. washroom

e.g. washroom


Ersetzen und reduzieren individueller Ausstattungsge-räte durch gemeinschaftlich betriebene und genutzte technische Ausstattungen.

Koordination des energiesuf-fizienten Betriebs von implizit nutzbaren Haushaltsgeräten abhängig von den Erwartungs-haltungen und Präsenzzeiten der Bewohner.

Nutzung von Prognose- und Abwägungsfunktionen künstlicher Intelligenz zur Regelung interaktionsfähiger Haushaltsgeräte wie Wasch-maschinen, Wäschetrockner oder Spülmaschinen.

Literatur:

B.Roberts, Bruce, MacGill (2019), Maier, Schuster, Litzlbauer et al. (2015)

Demand Side Management, LaststeuerungGebäude v2 - Eigenstrom und Wärme


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12:00

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12:006:00 18:00


Optimierung des Eigennut-zungsgrads aktiv und passiv am Gebäude gewonnener, regenerativer Energie.

Vorausschauende Planung erwarteter Energieangebote und Energiebedarfe. Koor-dination nötiger Last- und Potenzialverschiebungen.

Gebäude-geregelte Kom-bination von technischen Systemen zur Energiebe-reitstellung und Energie-nutzung.

Literatur:

Arteconi, Hewitt, Polonara (2013), Jang, Lee, Kim et al. (2020), Maier, Schuster, Litzlbauer et al. (2015), Moreno, Dufour, Skarmeta et al. (2015), Pflug, Kuhn, Nörenberg et al. (2015), Zucker (2013)

Thin Clients, gemeinschaftlich genutzte IKT-Infrastruktur

Gebäude v11- Kollektive Nutzung energieintensiver Infrastruktur


Ht SwWa Pw ICT

Ht SwWaPw ICT


Vermeidung redundanter, energie-intensiver Informa-tions- und Kommunikati-onstechnik durch gemein-schaftlich genutzte Systeme als integraler Bestandteil der Gebäudetechnik.

Koordination des Energiema-nagements zum emissions-armen Betrieb von Service-leistungen der IKT-Technik eines Gebäudes.

Gebäude-zentral koor-dinierte IKT-Dienste als regulärer Bestandteil der Gebäudetechnik in Anleh-nung an Terminal-Server-Anwendungen.

Literatur:

Deest (2004), Kissler, Hoyt (2005)

Smart SavingUmgebung v5 - Preis+Versorgung+Bereitstellung


IT CT HT

Storage

€

€

IT CT HT

Storage


Netzdienliches Energiema-nagement eines Gebäu-des durch KGI-geregelte, elektrische Speicherkapa-zitäten.

Eigenbedarfsdeckung in Abwägung Netz-bezogenen und eigens gewonnenen Stroms unter Berücksichtigung prognostizierter Lastspitzen der Energieversorger.

Kommunikationsschnitt-stelle zum aktiven Ener-gieaustausch zwischen Gebäude und Energiever-sorger.

Literatur:

Becker, Hobert, Müller et al. (2020), Casper, Sieber (2018), Kairies (2019), Leonhartsberger, Peppoloni, Schidler (2015), Mishra, Irwin, Shenoy et al. (2013)

77 I


+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



Abb. 56: Beispielanwendung einer Gebäude- und Sensortech-nik zur nutzergerechten Temperatur- und Feuchtig-keitsregelung eines Wohn-blocks in Helsinki, Finnland. Das zentrale Scada-System (SCADA = Supervisory Control and Data Acqui-sition) koordiniert über Funkverbindungen zu 150 Feuchtigkeits- und Temperatursensoren die Heizsysteme jeder Wohn-einheit separat und passt gemäß den Bewohnervor-stellungen bedarfsgerecht den Heizvolumenstrom automatisch an.

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und zu Anwesenheitszeiten durch unterschiedliche Heizvolumenströme mit Wärme versorgt. Neben den Erfahrungswerten nutzt die Anlage dabei explizite Angaben der Bewohner zum geplanten Nutzungsverhalten und zu vorgesehenen Anwesenheitszeiten, um automatisiert die Heizleistung je Wohnung bedarfsgerecht anzupassen.

Die zentrale Koordination technischer und energie-relevanter Systeme eines Hauses wird im Zusammenhang mit intermediären Interaktionen in größeren Wohngebäuden generell als sinnvoll erachtet. Es bietet Potenzi-ale, redundante technische Systeme einsparen zu können und somit die Techniksuffizienz zu erhöhen. Die administrativ zunehmend aufwändiger werdenden Dienste der Informationstechnik könnten demnach unter an-derem gemeinschaftlich innerhalb eines Gebäudes organisiert sein. In Er-gänzung zum regulären technischen Aufwand der Ver- und Entsorgung von Gebäuden mit Strom, Gas, Wasser und Abwasser wäre somit per-spektivisch Informationstechnik beispielsweise als integraler Bestandteil der Haustechnik in Geschosswohnungsbauten einzuplanen. Dies würde auch erlauben, eine zentrale Anbindung an Internet- und Cloud-Dienste im Gebäude zu realisieren und über gängige Funkverbindungen, wie Wire-less LAN oder Bluetooth, infrastrukturelle Rahmenbedingungen zu schaf-fen um gebäudeweit die Dienste zu nutzen.

3. Ansätze interner Vernetzung. Interaktionen zwischen Innenräumen und den Benutzern

Die interne Vernetzung bietet die naheliegendste und direkteste Form technisch baulicher Interaktion. Neben den Möglichkeiten der Objekt-Ge-bäude-Kommunikation in Form vom technischen Endgeräten, die mit dem Gebäude kommunizieren, beinhaltet die Kategorie auch die unmittelbare Interaktion zwischen Bewohner und Gebäude. Es werden somit insbeson-dere Tages- und Nutzungszeit relevante Services im Innenraum behan-delt. Die Interaktionen sind daher primär geleitet von der Nutzungsweise und den Angeboten hinsichtlich des Raumkomforts und der Verwendung technischer Dienste. Im Kontext der Wirkungsweise lassen sich die in-ternen Interaktionen weiterführend differenzieren nach Interaktionen, die auf das Gesamtgebäude einwirken und jene, die raumweise oder auf die einzelne Wohnung angewendet werden. Auf das Gesamtgebäude bezo-gen, zeichnen sich interne Interaktionen primär durch Wechselwirkungen zwischen einzelnen Wohneinheiten untereinander aus. Diese Interaktions-formen sind dementsprechend lediglich in größeren Wohngebäuden zu finden. Interne Interaktionen innerhalb der Wohnung oder dem einzelnen Raum sind hingegen geprägt durch die direkte Interaktion des Raums be-ziehungsweise der Wohnung und den Bewohnern.

Im Hinblick auf ein angemessenes Angebot an Wohnraum spielt die interne Interaktion eine wesentliche Rolle. Durch technische Ergänzungen und An-gebote im Raum lassen sich Möglichkeiten überlegen, die bisher bestehende personenbezogene Erwartungen nach Raum und Energienutzung im Raum beeinflussen und potenziell senken lassen. Die Kopplung des individuellen Nutzerverhaltens an die Konditionen im Raum eröffnet durch interne Interak-tion sowohl in der Betrachtung des Gesamtgebäude, wie auch der Wohnung oder des einzelnen Raums alternative, nutzungsorientierte Raumkonditionen anzubieten. Ohne Einbußen im Nutzungskomfort ließen sich tendenziell sta-tische Regelungen energieintensiver Anwendungen ersetzen und in der Ge-samtbilanz somit Energie einsparen. Das Nutzen der mittlerweile verfügbaren technischen Möglichkeiten kann beispielsweise, wie im genossenschaftlich

I 78

Tab.: Ansätze intermediärer Vernetzung von Wohngebäuden, Wohneinheiten, Räumen

Energetisch prädiktiv ausgelegte SolaranlageGebäude v13- KGI gestützt ausgelegte Solaranalge


User

User

User

User

Grid ?

Grid ?

User

User

storage

Storage


Optimierte Auslegung von Solaranlagen durch koordi-nierende Funktionseigen-schaft der vorhandenen Gebäudeintelligenz.

Tageszeitliche Abwägungen und Prognosen verfügbarer Energieangebote und Nach-fragen zur Optimierung des Eigennutzungsgrads.

Vernetzte und koordinierte Systemtechnik regenera-tiver Energienutzung im Gebäude.

Literatur:

Kairies (2019), Rahbar, Moghadam, Panda et al. (2016), Wang, Gu, Li et al. (2013)

Regelbarer WärmeschutzGebäude v3 - Winterlicher + sommerlicher Wärmeschutz



Reduktion des konstruktiven Materialaufwands durch dyna-misch regelbare Eigenschaf-ten von wärmeübertragenden Hüllbauteilen.

Dynamischer Abgleich von Raumkonditionen, Außen-raumbedingungen und Hüllflä-cheneigenschaften.

Technisch regelbare An-, Ein- und Aufbauten der Hüllflächen.

Literatur:

Peikos (2019), Pflug, Kuhn, Nörenberg et al. (2015), Roche, Berardi (2014), Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)

Komfort-geregelte BelichtungGebäude v5 - nutzungsangemessene BelichtungBsp. Wohnen/Aufenthalt u. Ruhe/Schlafen

Invers für Präsentationen!



Reduktion von Energiebe-darfen zum Heizen (und Kühlen) durch geregelten Solareintrag.

Bewertung von Raumtempe-raturen und Beleuchtungs-stärken in Abhängigkeit zur Tageszeit und Nutzungsweise des Innenraums zur Regelung von Verschattungselementen.

Sensorische Raumerfas-sung zur Prognose von Strahlungsintensitäten in Abhängigkeit zur Ent-wicklung der operativen Raumtemperatur.

Literatur:

Cornelius (2017), Hausladen, Saldanha, Liedl (2006), Heusler (2015), Wisser (2018)

Komfort-geregelte BelüftungInnenraum v7 - Anspruch-konforme LüftungFensterlüftung in Abhängigkeit zum olfaktorischen Raumluftkomfort


ZZ

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CO2

CO2CO2

CO2

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ZZ

Z ZCO2

CO2CO2

CO2

CO2CO2

CO2

CO2


Reduktion des Risikos von Nutzungsstunden mit unbehaglichem Raumluft-komfort (thermisch, olfak-torisch) durch ganztägige, technische Lüftungsmög-lichkeiten.

Sensorische Überwachung der Raumluftqualität in Ab-hängigkeit zur Anwesenheit und Nutzungsweise.

Olfaktorische und ther-mische Sensorik, sowie regelbare Öffnungsflügel um Unbehagen der Raumluft entgegen zu wirken.

Literatur:

Schulze Darup (2006), Pettenkofer (1858), Walker, Sherman, Less (2014)

79 I


(2)

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organisierten Wohnungsbau der Kalkbreite angewandt, den Anteil privat be-anspruchter Räume reduzieren, indem über ein internes Buchungssystem bedarfsabhängig private Räume hinzugebucht oder auch wieder der Ge-meinschaft zur Verfügung gestellt werden. Es besteht gleichzeitig die Chance, durch technische oder infrastrukturelle Erweiterungen reduzierte Raumange-bote auszugleichen. Wie im Beispiel des Konzepts von Mikro-Apartments, in denen durch vielseitig nutzbare Ausstattungen die beschränkte räumliche Größe funktional erweitert wird. Wenn man dieses Konzept im Hinblick auf die zu erwartenden Möglichkeiten der Digitalisierung adaptiert, könnten digitale, technisch erweiterte Angebote die Nutzungsdichte eines Raums wesentlich erweitern. Erste Klein- und Kleinstanwendungen virtuell unter-stützter Räume existieren bereits für Wohngebäude. Die Beispiele in Abb. 57 geben einen ersten Eindruck dessen, was an technischen Innovati-onen im Gebäudesektor im Zuge der Weiterentwicklung unter anderem des Ubiquitous Computing1 zu erwarten sein wird. Ähnlich der Entwick-lung von sogenannten „Wearables“, bei denen miniaturisierte Elektronik in Kleidung und mitgeführten Objekten, wie Armbanduhren, nicht sicht-bar eingearbeitet wird, werden sich auch in der informationstechnischen Durchdringung von Innenräumen vielfältige Anwendungsfelder ergeben. So ist zu erwarten, dass unter anderem Oberflächen von Innenräumen oder Ausstattungsgegenständen mit nicht sichtbaren integrierten infor-mationstechnischen Anwendungen versehen werden und eine sensitive Reaktionsfähigkeit erlauben.

Sensitive Oberflächen von Wänden, Decken oder Böden könnten demnach perspektivisch über die raumbegrenzende Funktion hinaus auf Grund des direkten Kontakts zu den Bewohnern des Hauses vielseitige Schnittstel-lenfunktionen erfüllen. Raumoberflächen werden perspektivisch sowohl energetische wie auch Informations- und kommunikationstechnische An-gebote adaptieren lassen und dadurch gezielt und situationsabhängig auf den Bewohner und dessen Aktivitäten reagieren können. Die Beispiele in Abb. 59 zeigen, dass bereits mit unterschiedlichem Fokus intensiv daran geforscht wird, wie sich Raumoberflächen aktivieren lassen, um implizit und explizit interne Interaktion zu fördern. Während durch das Berühren von Wandoberflächen, wie die Beispiele zeigen, eine Vielzahl an expliziten Anwendungen in dem Zusammenhang denkbar sind, gibt es auch erste Entwicklungen impliziter sensitiver Interaktionsformen. Die Forschung einer kontaktlosen Stromversorgung eröffnet in diesem Zusammenhang interessante architektonische Gestaltungsfreiheiten. Unter Begriffen wie dem Wireless Power Transfer oder Inductive Power Transfer (WPT, IPT) finden sich erste Pilotanwendungen, die perspektivisch elektrotechnische Verkabelungen innerhalb eines Hauses obsolet werden lassen und die Anwendungsfreiheit technischer Ausstattungen erhöhen könnten. Weitere Möglichkeiten, implizit im Innenraum mit den Nutzenden zu interagieren, bie-ten die verschiedenen verfügbaren Sensortechnologien. Personen und deren Tätigkeiten, bziehungsweise allgemeine Zustände im Innenraum, lassen sich bereits heutzutage weitreichend erfassen und nachvollziehen und dadurch benötige Zustandsänderungen anstoßen. Neben den gängigen Raumsen-soren, wie akustischen, thermischen oder optischen Detektoren, werden auch Sensoren zur Erfassung nonverbaler Signale entwickelt.

Prinzipiell zeigen interne Interaktionen eine breite Vielfalt an Möglichkeiten, den Raumkomfort unterstützend zu beeinflussen. Während einerseits Sen-soren erlauben, Nutzungsweisen nachzuvollziehen, zeigen Konzepte wie das Konzept des biodynamischen Lichts2 (Human Centric Lighting, HCL)

1 Ubiquitous Computing: Allgegenwärtiger, unsichtbarer Einsatz von Computertechnologie2 Human Centric Lighting (HCL): Lichttemperatur und Lichtintensität im Raum werden auf den menschlichen Biorhythmus abgestimmt.

Abb. 57: Projektion anstatt Rea-lität. (1) Badspiegel des FutureHaus der Virginia Tech mit projizierten Infor-mationen für den Benutzer, (2) Augmented Reality Anwendung „Desktopogra-phy“ zeigt beispielhaft wie digitale Schreibtischanwen-dungen aussehen könnten (physical-virtual mixed desktop). (3) In der Installa-tion „Truth is Beauty“ vom Künstler Marco Cochrane werden auf künstlerische Art physische und aus Licht geschaffene Realitäten kombiniert.

I 80

Tab.: Ansätze interner Vernetzung von Wohngebäuden, Wohneinheiten, Räumen

Reduktion privater zu Gunsten gemeinschaftlicher Wohnräume

Gebäude v13- Reduktion privater Räume zu Gunsten halböffentlicher


common use

private

private

common use

common use

private

private

common use


Reduktion redundanter oder temporär genutzter Räume zu Gunsten gemeinschaft-lich oder individuell buchbar genutzter Räume.

Technisch, digitale Koordi-nation der Verfügbarkeit von gemeinschaftlich genutzten Räumen.

Digitales Buchungssystem mit personenbezogen variierbaren Zugangsbe-rechtigungen.

Literatur:

Georgi, Ulrich, Schaffner et al. (2019), Ivanova, Büchs (2020), Spindler, Martinetz, Friz (2015)

Abwesenheitskoordination

Gebäude v16- Anwesenheitssensitivität


Vacation mode active



Minimierung des Energie-verbrauchs von Gebäuden durch Abwägung von mittel- bis langfristigen Abwesenheitsphasen und entstehenden energetischen Handlungskorridoren.

Implizite und explizite Erfassung der Bewohner und deren Anwesenheit um energie-relevante Technik auszuschalten beziehungs-weise vorausschauend wieder zu reaktivieren.

Interaktionsfähig ausge-legte energierelevante Haustechnik die von der Gebäudeintelligenz situati-onsbedingt geregelt wird.

Literatur:

Brischke, Leuser, Duscha et al. (2016), Wystrcil, Kalz (2014)

Regelung Wohnungs- und Raum-bezogener Konditionierung

Gebäude v13- Reduktion privater Räume zu Gunsten halböffentlicher


User

User

User

Info

Info

Info

User

User

User

Info

Info

Info


Reduktion des Gesamtwär-mebedarfs durch differenzierte Regelung des Volumenstroms zur bedarfsgerechten Be-reitstellung des thermischen Komforts.

Implizite Anpassung der Heizleistungen auf Grund-lage maschinell erlernter individueller Erwartungen der Bewohner.

Zentrale Steuerungseinheit erfasst mittels thermischer Sensoren Raumtempera-turen und beeinflusst über digitale Regelungsventile die individuellen Heizleistungen je Raum oder Wohnung.

Literatur:

Dong, Lam (2014), Figueiredo, Costa (2012), Kersken, Sinnesbichler, Erhorn (2018)

Sensitive Oberflächen, Pervasive Computing


Innenraum v1 - sensitive Oberfläche Wohnen derzeitig-zukünftig

@

@


Substitution von tech-nischen Ausstattungs-objekten, Flexibilisierung der Raumnutzung und Reduktion von Raum-größen durch technisch funktionale Oberflächen.

Explizite Interaktionsmöglich-keit zwischen Bewohner und Gebäude durch berühren oder allgemein anpassen von Raumoberflächen (Bspw.: Helligkeit, Transparenz/Opa-zität, Displayfunktionen).

Raumoberflächen technisch aktiven durch Integration von unter anderem Berührungs- oder Präsenz-Sensorik sowie der Verwendung von Aug-mented Reality.

Literatur:

DFKI (Hrsg., 2019), Latzke (2015), Lelieveld (2013), Zhang, Yang, Hudson et al. (2018)

Gestensteuerung, Optic Controlled Virtual AssistInnenraum v4 - Gestensteuerung



Reduktion des Betriebs technischer Geräte durch niederschwellige Anwei-sungen durch erfassen von Nutzergesten.

Nutzung non-verbaler Kom-munikationsformen zwischen Bewohner und Gebäude / Raum zur Kommunikation.

Sensorik ermitteln die An-wesenheit, Aktivitätsgrad und Tätigkeit der Bewoh-ner. Neben gebäude-integ-rierten Lösungen alternativ oder ergänzend auch mittels Wearables denkbar.

Literatur:

Hall, Llinas (1997), Hemmerling (2014), Mazzoldi, Rossi, Lorussi et al. (2002), Nowack, Dutschmann (2017), Zeng (2012)

81 I


(1)

(2)

(3)

situationsbezogen, Nutzungsweisen zu unterstützen, während andererseits gleichzeitig tagesabhängige Rahmenbedingungen Berücksichtigung fin-den. Das HCL passt in Abhängigkeit zur Helligkeit im Außenraum und der Phase des Tages die Lichtfarbe im Innenraum an und versucht dadurch die im Außenraum anliegende Lichtsituation nachzuempfinden. Der Bezug auf Zustände im Außenraum erlaubt diese Form der Interaktion als intermediäre Funktion zu definieren. Auf Grund der unmittelbaren und wesentlichen Ab-hängigkeit zur vorliegenden Nutzung und Aktivitätsgrads der Bewohner ist diese Interaktion jedoch der Gruppe interner Vernetzung zugeordnet.

Während sich die bisher genannten internen Interaktionsformen an der Nutzung von Wohnräumen ausrichten, zeigen andere Anwendungsformen große Potenziale, langfristig bauliche Energiebedarfe senken oder zumin-dest positiv beeinflussen zu können. Eine dieser Anwendungen findet be-reits weitläufig in Haushalten Anwendung, indem die zeitlich unabhängige Nutzungsmöglichkeit von energetisch immanenten Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Spülmaschinen oder Wäschetrocknern technisch aus-genutzt wird. Die impliziten Haushaltsservices bieten alle die Flexibilität, abhängig von Anwesenheitszeiten der Bewohner durch das Nutzen ver-fügbarer Angebote an regenerativ erzeugter Energie, den Energiehaushalt zu verbessern. Der Einsatz von Servicerobotik, in Form von Klein- und Kleinstrobotern, stellt in diesem Kontext ein weiteres Beispiel dar, bei dem durch den alternativen Umgang mit alltäglichen Haushaltsarbeiten in gleicher Form abhängig vom regernativen Energieangebot über den Tag verteilt die Betriebs- und Ladezeiten der Geräte ausgelegt werden kön-nen. Forschungsprojekte, wie die Entwicklung des Car-O-Bot3 (Abb. 58) zeigen die Bedeutung, die Servicerobotik für zukünftige Haushalte noch entwickeln könnte. Insbesondere vor dem Hintergrund des demogra-fischen Wandels wird die Kombination aus intelligenten Haushaltshilfen, wie Servicerobotern und die Verwendung von Multi-Agent-Systemen3 er-möglichen, dass es für Senioren und unterstützungsbedürftige Personen prinzipiell möglich sein wird, lange ein selbstbestimmtes Leben im ge-wohnten räumlichen Umfeld zu führen. Die unterschiedlichen Signale, die ein Bewohner aussenden kann, lassen sich durch die Konstellation technisch erfassen, prozessieren und aktiv reagieren, bis dahin, dass im Notfall automatische Notfallszenarien eingeleitet werden können.

Das Prinzip des Multi-Agent-Systems bietet gleichzeitig, auf den Maßstab des Gesamtgebäudes bezogen, die Möglichkeit, den Betriebsenergie-haushalt eines Gebäudes nachhaltig zu optimieren. Indem alle interakti-onsfähigen Ausstattungen abhängig von der Anwesenheit der Bewohner zentral geregelt werden, kann eine niederschwellig ausgelegte Intelligenz des Gebäudes Nutzungsphasen, Komfortbedingungen und regenerative Energieangebote Energiesuffizienz-fördernd abwägen. Dieses Anwen-dungsbeispiel zeigt gleichzeitig, dass die Betrachtung interner Interakti-onen sich nicht alleine auf die eigentliche Nutzungsphase eines Gebäudes oder einer Wohnung beschränkt. Es ist viel mehr insbesondere aus Grün-den einer suffizienten Energienutzung von wesentlicher Bedeutung, in den Phasen, in denen das Gebäude oder die Wohneinheit nicht aktiv genutzt sind, die energetischen Wechselwirkungen und resultierenden Raumkon-ditionen im Blick gehalten werden. Diese implizite Form der als „Abwesen-heitskoordination“ bezeichneten Interaktion ermöglicht letztlich, dadurch erwartete und vordefinierte Raumkonditionen auch vorausschauend mit dem Wiedereintreffen der Bewohner gewährleisten zu können.

3 Multi-Agent-System (MAS): Multi-Agent-Systeme beschäftigen sich mit der koordinierten und kombinierten Auswer-tung von Informationen, sowie der Regelung von Aktivitäten verschiedenartiger, autonom und losgelöst von einander arbeitender Systeme im Verbund.

Abb. 58: Forschungen des Car-O-Bot3 einem mit Bewohnern interagierendem Haushalts- und Pflege-Assistenten.

Abb. 59: Sensitive Oberflächen. (1) Berührungssensitive Textilien der Projektfor-schung „ConText“ und be-rührungssensitive Betone, wie im Projekt (2) „Touch-Crete“, sowie bewegungs-sensorisch aktivierte Oberflächen im Projekt (3) „Wall++“ zeigen exempla-rische Forschungen die Raumoberflächen selbst als Interface zur Interaktion einzusetzen.

I 82


Kommunizieren energetischer Auswirkungen des NutzerverhaltensInnenraum v9- Persuasive Computing. Echtzeitabbildung energetischer Auswirkungen


Actual Home Performance

Actual Home Performance


Reduktion des Energiever-brauchs durch Sensibili-sierung über die energe-tischen Auswirkungen des eigenen Handelns.

Niederschwellig kommuni-zierte, energetische Per-formance des Gebäudes, Haushalts oder des einzelnen Raums als Echtzeit-Visua-lisierungen mit potenziellen Verlaufsprognosen.

Zentrale Steuerungsein-heit mit Zugriff auf alle Sensor- und Aktor-Daten sowie weitere energetisch relevante, interaktionsfä-hige Ausstattungen.

Literatur:

Costanza, Ramchurn, Jennings (2012), Hegger, Koch (2017), Johnson, Horton, Mulcahy et al. (2017), Nilsson (2018), Schwartz, Stevens, Jakobi et al. (2015), Vellei, Natarajan, Biri et al. (2016), Wooda, Day, Creamer et al. (2019)

Mixed Reality, virtuelle Räume und ObjekteInnenraum v3 - Augmented Reality



Reduktion von Raumgrö-ßen und Ausstattung durch situationsbezogene digitale Projektion.

Nutzer und Nutzung bezogen anpassungsfähige Raum-wahrnehmung und Gegen-stände durch Überlagerung realer Situationen mit virtu-ellen Ergänzungen.

Augmented Reality und Virtual Reality Anwendungen unter Verwendung spezi-fischer Brillen bzw. potenziell möglicher Erweiterungen der Funktionalität von Raumo-berflächen.

Literatur:

Gentemann, Böhm, Esser (2018), Schmidt, Cohen (2013), Teichmann, Fromme (2019), Xiao, Hudson, Harrison (2017)

Tageszeit abhängige Beleuchtungsstärke (HCL)Innenraum v2 - nutzergerechtes, biodynamisches Licht


Mor

ning

21.Dez.8:20 21.Dez

16:20

Noo

nN

ight

Location:FFM, GERlat: 50.11°lon: 8.68°21.Jun

5:30

21.Jun21:30

Eve

ning

Mor

ning

21.Dez.8:20 21.Dez

16:20

Noo

nN

ight

Standort:FFM, GERlat: 50.11°lon: 8.68°21.Jun

5:30

21.Jun21:30

Eve

ning


Vermeidung unangemes-sener Beleuchtungsstärken in Abhängigkeit zur Tätig-keit und Tageszeit nach dem Konzept des biodyna-mischen Lichts (HCL).

Kombination von Kunst- und Tageslichtangeboten zur bedarfsgerechten und Tageszeit abgewogenen Belichtung und Beleuchtung des Innenraums.

Optische Detektoren im Außen- und Innenraum ergänzt um Beleuchtungs-elemente mit HCL-Be-leuchtungstechnik.

Literatur:

Cupkova, Kajati, Mocnej et al. (2019), Dikel, Veitch, Mancini et al. (2018), Higuera, Hertog, Perálvarez et al. (2015)

Assisted Living, Virtual AssistInnenraum v5 - Pflege unterstützend


emergency call active

emergency call active


„Echtzeit-Betreuung“ um eigenbestimmtes Leben in gewohntem Umfeld langfristig zu ermöglichen und energetisch vorteilhafte Haushaltsmischungen in Gebäuden zu sichern.

Verbale und non-verbale Kommunikation zwischen Bewohner, Gebäude und zum Einsatz kommender Servicerobotik.

Multi-Agent-Services begleiten und überwachen ganztägig die Aktivitäten der Personen des Haus-halts.

Literatur:

Andrushevich, Wessig, Biallas et al. (2015), Hong, Nugent, Mulvenna et al. (2009), Klapproth (2012), Mehr, Polat, Cetin (2016), Pham, Mengistu, Do et al. (2016), Poirier, Routhier, Campeau-Lecours (2019)

Implizite RaumkonditionierungInnenraum v10- Case based Reasoning (CBR), personalisierter Innenraumkomfort



Reduzierte Energiebedarfe durch individualisierte und bedarfsorientierte Konditi-onierung (thermisch, olfak-torisch, akustisch, visuell) von Innenräumen.

Implizites und automatisier-tes Angebot an erwarteten Bedingungen im Innenraum abhängig von der Tätig-keit und Anwesenheit der Nutzenden und basierend auf Erfahrungswerten der KGI.

Technisch automatisiert regelbare Systeme zur Raumkonditionierung im Austausch mit dem zentra-len Gebäudegateway (KGI).

Literatur:

Kaiser (2017), Moreno-Cano, Santa, Zamora-Izquierdo et al. (2015)

83 I


+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



4. Externe Vernetzung. Interaktionen zwischen Gebäuden und deren Umfeld

Das enorme materialisierte Volumen der gebauten Umwelt und daraus resultierende Oberflächen der Hüllbauteile bieten ein beträchtliches Po-tenzial zur Aufnahme zusätzlicher Funktionen, die über die schützende Hüllfunktion hinausgehen. Dabei kann die Ergänzung einen potenziellen Mehrwert sowohl für das Gebäude als auch dessen Umgebung bieten. Externe Vernetzungen von Gebäuden sind dabei im Wesentlichen geprägt von architektonisch stadträumlichen Belangen. Diese äußern sich unter anderem in der Positionierung des Einzelgebäudes im städtischen Raum, der Körnigkeit und Morphologie von Gebäudekubaturen oder auch der Strukturierung und Materialisierung von Fassaden. Die fortschreitende Energiewende mit dem zuletzt im Jahr 2020 verabschiedeten Gebäude-energiegesetz hat dazu beigetragen, dass Fassaden- und Dachflächen zusehends zur regenerativen Energiegewinnung herangezogen werden und somit vernetzende energetische Eigenschaften aufweisen. Die Not-wendigkeit zur allgemeinen Senkung gebäudebezogener Energiebedarfe hat dazu beigetragen, dass gebäudenah gewonnene regenerative Ener-gie vermehrt im Zusammenhang mit Architektur sichtbar wird. Laut Ge-setzestext wird im Hinblick auf den baulichen Wärmeschutz angestrebt „[...] verbleibende Energiebedarf[e] zunehmend durch erneuerbare En-ergien zu decken [...]“ (BMWi (Hrsg.) (2020)), wodurch im Wesentlichen solar exponierte Flächen eines Gebäudes bestehend aus Fassaden- und Dachflächen im Fokus stehen werden.

In dem Forschungsbericht des Projekts „benefit E2. Gebäudeintegrierte solaraktive Strategien“ wird beschrieben, dass bei einem moderaten aber konsequenten Ausbau solaraktiver Systeme in der Gebäudehülle „[...]bis zu 11 % des deutschen Nettostrombedarfs und bis zu 57 % des Nutzwärmebedarfs“ (Bezugsjahr 2017, auf Datengrundlage von statista.de und dem BMWi; Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)) gedeckt werden könnten. Die Studie betrachtet dabei pauschal den Vergleich zwischen dem energetischen Gesamtbedarf Deutschlands und den ge-gebenen Flächenpotenzialen des Gebäudebestands. Abhängig von der jeweiligen baulichen Situation oder geografischen Lage lassen sich regi-onal bezogen alternative Deckungsraten4 erzielen. Die ergänzende ener-getische Vernetzung führt dazu, dass das Einzelgebäude als Bestandteil eines interagierenden energetischen Verbunds aus verschiedenartigen Konsumenten und Produzenten dazu beiträgt, die energetische Ge-samtbilanz des Quartiers oder des Stadtteils beziehungsweise einer ganzen Stadt CO2-neutraler zu gestalten. In den vergangenen Jahren ist dementsprechend umfangreich in verschiedenen Studien die energe-tische Vernetzung des Einzelgebäudes im Quartier untersucht worden. Im Rahmen der Dissertation wird dieser Bereich baulicher Vernetzung daher auch nicht tiefergehend betrachtet. Für weiterführende Informa-tionen finden sich im Buch Dettmar, Drebes, Sieber et al. (2019) basie-rend auf den Ergebnissen der Forschungsarbeit von Hegger, Dettmar, Meinberg et al. (2015) breit recherchierte und angelegte Grundlagen und weiterführende Erläuterungen baulich-energetischer Vernetzung im Quartier. Es werden in dieser Dokumentation auch Aussagen getroffen hinsichtlich der unterschiedlichen energetischen Eignung von Gebäuden und Stadträumen, energetische Vernetzungsoptionen zu erlauben.

4 Solar(-energetische) Deckungsrate / Deckungsgrad: Die Solare Deckungsrate beschreibt das Verhältnis zwischen dem Anteil an gewonnener Solarenergie und vorhandenem Energiebedarf.

Abb. 60: Wachsende Vernetzung von Architektur, Natur/Res-source und Technik. Installation „Another Gene-rosity“ im Nordic Pavillon der Biennale de Venezia 2018, Kurator: Aero Lundén.

I 84


Sprachsteuerung, Voice Controlled Virtual AssistInnenraum v11 - Digital Home Assistant


OK!„Interacting Homeplease adjust room

comfort!“

OK!„Interacting Homeplease adjust room

comfort!“


Reduktion von haustech-nischen Installationen (Bsp.: Taster) durch aku-stisch geregelte Ausstat-tungen und Objekte.

Raumspezifisches Erkennen, Verstehen und Verarbeiten von Sprachanweisungen und Interaktion über virtuellen Gebäudeassistenten.

Displays und digitale Sprachassistenten zur Kom-munikation, Signalverarbei-tung und Koordination der interaktionsfähigen Aktoren.

Literatur:

Luria, Hoffman, Zuckerman (2017), Obaid, Rashed, Nour et al. (2014), Soda, Nakamura, Matsumoto et al. (2012)

Multi Room EntertainmentInnenraum v13- Multi Room Entertainment



Reduktion einzelner tech-nischer Ausstattungsobjekte zu Gunsten weniger multi-funktional nutzbarer Technik.

Bedarfsgerechte Aktivierung und Abstimmung technischer Systeme abhängig von der Anwesenheit und den Erwar-tungen der Bewohner.

Kommunikationsfähige Mul-ti-Media-Geräte, die über drahtlose Verbindungen untereinander interagieren.

Literatur:

Korchagin, Motlicek, Duffner et al. (2011)

Erhöhte Nutzungsdichte in InnenräumenGebäude v17- Co-Living/ Räumliche Nutzungs-dichte



Reduktion des Raum-bedarfs durch technisch erreichte, erweiterte Raumangebote.

Wandelbarkeit des Raums und der Nutzungsweise von Räumen abhängig von der Tageszeit und Aktivität.

Technisch, räumliche In-frastruktur zur strukturellen Anpassung von Wohnräu-men.

Literatur:

Hill (2019); Team Virginia Tech (2018)

Servicerobotik im HaushaltInnenraum v11 - Digital Home Assistant


task 2

task 3

task 2

task 2

task 3

task 2


Verbesserung des Um-gangs mit Betriebsenergie bei gängigen Haushaltstä-tigkeiten durch Einsatz von Servicerobotik.

Koordination automatisierter und mobiler Haushalts-hilfen in Abstimmung zu verfügbaren (regenerativen) Energieangeboten.

Kommunikationsfähige Servicerobotik die im Aus-tausch mit der KGI zeitlich koordiniert Haushaltstätig-keiten verrichtet.

Literatur:

Carius, Alsabah, Gentemann (2018), Chandarr (2016), Doelling, Shin, Popa (2014), Fraunhofer IPA (Hrsg., 2008), Heer (2018), Klapproth (2012), Luria, Hoffman, Zuckerman (2017), Mast, Burmester, Graf et al. (2015), Wax (2016)

Kontaktlose StromversorgungInnenraum v8- Funkstrom. Kabellose Stromnutzung



Reduktion des technischen Installationsaufwands und Flexibilisierung der Nutzung von Raum und Ausstattungen.

Koordination der bedarfsge-rechten Stromversorgung von technischen Ausstattungen durch erfassen und expliziten Austausch der KGI mit anwe-senden Personen und tech-nischen Objekten im Raum.

Kontaktlose Stromversor-gung von kommunikations-fähigen Endgeräten durch unter anderem die Verwen-dung von magnetischen Wechselfeldern (Wireless Power Transfer, WPT).

Literatur:

Sandoval (2018), Shinohara, Niwa, Takagi et al. (2014)

85 I


(1)

(2)

Neben der Aktivierung von Gebäudehüllen als Teil einer nachhaltigen Energieversorgung des Quartiers, findet die externe Vernetzung von Ge-bäuden auch Interesse im Zuge sich verändernder Mobilität und sich verändernden Mobilitätsverhalten. Auch im Zusammenhang mit einer wachsenden Anzahl verfügbarer und energieintensiver informations-technischer Services stellen die äußeren Oberflächen von Gebäuden ne-ben Projektionsflächen interessante Nutzungspotenziale dar. Im Hinblick auf die perspektivische Nutzung, beispielsweise zeitkritischer informa-tionstechnischer Anwendungen wie der Augmented Reality oder dem autonomen Fahren, bestehen Überlegungen, das Angebot an Rechen-zentren, ähnlich der Entwicklung im Energiesektor, zusehends zu dezen-tralisieren. Die als Edge-Rechenzentren bekannten dezentralen Systeme ermöglichen durch die kurzen Übertragungswege zum Endverbraucher geringe Latenzzeiten, so dass zeitkritische Anwendungen besser be-dient und bereitgestellt werden können. Der Energiebedarf zum Betrieb der bereits heutzutage bestehenden informationstechnischen Strukturen solcher Edge-Computing5 Systeme ist bereits im Betrachtungsjahr 2020 beachtlich (vgl. Abb. 44). Durch die dezentrale Anordnung der Edge-Server ist es naheliegend, dass entsprechend der jeweiligen energe-tischen Potenziale umliegender Bebauung ein synergetischer Austausch zwischen Umgebungsgebäuden und den Rechenzentren erfolgen kann. Während einerseits die Abwärme des Rechenzentrums Wohnnutzungen zur Verfügung gestellt werden könnte, erlauben die Flächenpotenziale der Bebauung, die neu entstehende Infrastruktur mit gewonnener So-larenergie zu versorgen. Andererseits schafft das entstehende Ange-bot an gebäudenah verfügbaren, leistungsstarken IKT-Services, den individuellen Ausstattungsgrad der Informationstechnik im Gebäude zu reduzieren, indem benötigte Services gänzlich auf die Quartiersebene und die Nutzung der Edge-Computing-Struktur ausgelagert werden.

Mit einer Zunahme des autonomen Fahrens im Straßenraum lässt sich zu-dem die Vermutung äußern, dass der Anspruch nach dem Besitz individu-eller Mobilitätsangebote zu Gunsten gemeinschaftlich genutzter Angebote abnehmen wird, nach dem Prinzip der Shared Mobility. Die Umwandlung der eigenen Mobilität in öffentlich nutzbare Angebote und die daraus fol-gende Vernetzung von Immobilie und Mobilität birgt erneut Synergieeffekte, um die Gesamtsuffizienz zu verbessern. Während einerseits die Anzahl an Fahrzeugen potenziell sinken sollte, werden andererseits die verbleibenden Fahrzeuge so flexibel sein, dass sie nach Bedarf am Gebäude gewonnene Solarenergie unmittelbar zum Betanken verwenden können.

Das Vermeiden redundanter Strukturen durch virtuelle oder gemeinschaft-lich genutzte Angebote zeigt sich demnach allgemein als wesentliche Chance der externen Vernetzung Suffizienz-verbessernd auf den Gebäu-desektor einzuwirken. Während ein Gebäude gegebenenfalls auf Grund seiner morphologischen Ausprägung oder Positionierung im Stadtraum geeigneter ist, um regenerative Energien zu gewinnen, bietet ein anderes Gebäude eventuell gute Bedingungen für informationstechnische Ser-vices, wie Medienfassaden oder infrastrukturelle Serviceleistungen in Form von Ladestationen für eine alternative Mobilität. Der Verbund unter-schiedlich interaktionsfähiger Gebäude wäre somit ähnlich des im Zusam-menhang mit dem Einzelgebäude betrachteten Multi-Agent-Systems er-neut ein Verbund aus verschiedenen Abhängigkeiten, die untereinander zu koordinieren wären. Für einen verlustarmen Betrieb im Verbund braucht es daher die Kenntnis und den Austausch der beteiligten KGIs untereinander.

5 Edge Computing: Edge-Computing beschreibt ein dezentrales Rechenzentrumsmodell, bei dem Daten und Rechen-leistung in räumlicher Nähe zum Endnutzer angeboten werden.

Abb. 61: Externe Interaktion. Medienfassade der Erwei-terung des Kunstmuseum Basel.

Abb. 62: Eigen- oder Gemein-schaftsnutzungsgrad fördern. Das Gebäude als dezentraler Energieprodu-zent am Beispiel des (1) selbstversorgenden Mini-haus Diogene, Architektur: Renzo Piano Building Workshop; (2) oder im Rah-men „vernetzter“ Mobilität, wie in Umeå, Schweden mit elektrisch beheizten parkenden Autos während der Wintermonate.

I 86

Tab.: Ansätze externer Vernetzung von Wohngebäuden

Cloud basierter, virtueller BesitzUmgebung v1 - Virtueller Besitz


011101011011011001

privatecloud

publiccloud

hybrid cloud

011101011011011001

privatecloud

publiccloud

fog

hybrid cloud

fogSuffizienzpotenzial: Interaktion: Technik:

Teilen gemeinschaftlich nutzbarer, energie-intensiver informationstechnischer Services, wie Datenspei-chertechnologien, anstelle individudeller und redun-danter IKT-Strukturen.

Austausch von Informationen und Ressourcen im Verbund durch gemeinschaftlich genutzte IKT-Technologien. Koordination des Informa-tionsaustauschs zwischen vernetzten Einzelgebäuden.

Einsatz von Cloud-, Edge- und Fog-Computing, um individuelle Services in Public-, Hybrid- oder Private-Clouds anbieten zu können.

Literatur:

Fatima, Javaid, Iqbal et al. (2018), FraunhoferIZM_(Hrsg.) (2014), Hintemann, Hinterholzer (2020), Mell, Grance (2011), Muhasili, Chawda (2020), Shi, Pallis, Xu (2019)

Energetischer Ausgleich im Verbund

Umgebung v2 - Energetische Unterstützung



Geringer Bereitstellungsauf-wand durch gemeinschaft-liche Nutzung energetisch typologischer Gebäudepo-tenziale zur Senkung quar-tiersbezogener Emissionen.

Zeitliche Koordination von energetischen Potenzialen und Bedarfen auf Grundla-ge Gebäude-typologischer Eignungen und erwarteter Bedarfe der Nutzung.

Dezentrale und koordi-nierte Energiespeicher und Energiegewinnung gekoppelt über bi-direk-tional nutzbare Versor-gungsnetze.

Literatur:

Allegrini, Dorer, Carmeliet (2012), Ferrag, Maglaras (2019), Hausladen, Auer, Schneegans et al. (2014), Hegger, Dettmar, Meinberg et al. (2015)

Building integrated ChargingGebäude v1 - Building integrated charging


batterylow

charging

park&

charge

batterylow

charging

park&

charge


Verringerte Netzeinspei-sung durch dezentral nutz-bare elektrische Energie für externe Serviceleistungen im Umfeld des Gebäudes.

Koordination von externen Energieverbrauchern, gene-riertem Energieangebot und internen Energiebedarfen im Gebäude.

Vernetzte dezentrale Ladeinfrastruktur und Kommunikationsschnitt-stelle zwischen der Gebäu-deintelligenz und (mobilen) externen Objekten.

Literatur:

Agbinya (2016), Rosekeit, Lunz, Sauer et al. (2012), Sandoval (2018), Schöttle (2014), Takehiro (2020), Wenxing, Dehong, Yuen (2020)

Shared individual MobilityGebäude v1 - Virtuelle Mobilität


bus

car

bike

bus

car

bike

rechargeempty

availableloaded

rechargeempty

availableloaded


Reduktion individueller Mobilität und zugehöriger baulicher Flächenbedarfe durch gemeinschaftlich ge-nutzte Mobilitätsangebote.

Bedarfsgerechter Abruf von Mobilität (Mobility-On-Demand) und automatisiert kommunizierte energetische Überschüsse am Gebäude.

Vernetzung von Immobilie und Mobilität durch auto-nome Mobilität gekoppelt mit Technologien zur regene-rativen Stromgewinnung.

Literatur:

Bi, Reiner, Keoleian et al. (2020), Dia, Javanshour (2017), Nazari, Noruzoliaee, Mohammadian (2018), Roberts, Bruce, MacGill (2019), Rosekeit, Lunz, Sauer et al. (2012)

Fassaden als InteraktionsflächenUmgebung v4 - Morphologie+Körnigkeit


„Hello pedestrian!“

„Hello pedestrian!“


Hüllflächen als Schnittflä-chen zur aktiven Kommu-nikation und Beeinflussung des Nutzungskomforts von Außenräumen.

Explizite und implizite Inter-aktion des Gebäudes mit Passanten sowie Objekten und resultierenden Bedin-gungen in der Umgebung.

Gebäude-integrierte sensorische Erfassungssy-steme und Schnittstellen zur abgestimmten Einfluss-nahme.

Literatur:

Heusler (2015), Teichmann, Fromme (2019)

87 I


KAp. VII Projektstudie und Ergebnisbewertung. Exemplarische Betrachtung zur Energiesuffizienz durch Gebäudeinteraktion

I 88

Abb. 63: IBS - Interactive Building Sufficiency. Grafischer Auszug des entwickelten Werkzeugs zur Bewertung der Ange-messenheit im Umgang mit Energie im Gebäude durch Erhöhung der technischen Interaktionsfähigkeiten.

1. Zusammenwirken von Suffizienz und Interaktion im Rah-men der Projektstudie

In den nachfolgenden Betrachtungen zu den Auswirkungen der Interaktionsfä-higkeit von Gebäuden werden die in Kapitel Kap. III benannten Herangehens-weisen der Reduktion, Anpassung und Substitution zur Erhöhung des Suffizi-enzgrades zugrunde gelegt. In dem exemplarisch untersuchten Gebäude eines ensemblegeschützten Wohnungsbaus in Frankfurt am Main wird zu Beginn von einem näherungsweise, nach Vorgaben der Energieeinsparverordnung (Stand 2016) sanierten Bestands ausgegangen. Es besteht die Erwartung, dadurch, resultierend aus der angewandten Interaktion, realitätsnahe Aussagen zu den energetischen Effekten treffen zu können. Parallel erfolgen vergleichende Stu-dien im unsanierten Bestand des Gebäudes, sowie in einer sanierten Variante mit optimierter Solarenergienutzung. Die vergleichenden Studien verfolgen das Ziel, zu untersuchen, ob die Anwendung von Interaktionsstrategien zukünftig einen alternativen beziehungsweise ergänzenden Sanierungsansatz bieten könnte. In den unterschiedlichen Studien des Gebäudes wird durch gezielt angewendete Interaktionen betrachtet, inwieweit sich Betriebsenergiebedarfe ohne unverhältnismäßige Einbußen beziehungsweise mit potenziellen Verbes-serungen im Nutzerkomfort der vorliegenden Räume reduzieren lassen. Eine zusätzliche Bewertung eingesparter grauer Energie, wie es im Fall des Szena-rios mit unsaniertem Bestand zu erwarten wäre, erfolgt hingegen nicht.

Die wesentlichen betriebsenergetischen Reduktionen werden im Rahmen der Studie im Bereich der Nutzung von thermischer Energie erwartet, indem mittels technischer Interaktion des Gebäudes variabel auf die Dynamiken der Abwesenheits- und Nutzungsphasen unterschiedlicher Nutzergruppen reagiert wird. In der Verwendung elektrischer Energie definieren spezifische Typtagprofile unterschiedlicher Nutzergruppen (vgl. Anl-3) Nutzungszeiten und Verbräuche von elektroenergetisch relevanten Services der betrachteten Haushalte. Die Nutzergruppen spezifisch ausgelegte Verwendung von elektri-scher Energie lässt, ohne direkten Einfluss auf das Nutzerverhalten zu nehmen, kaum Reduktionen des Strombedarfs erwarten. Im Bezug zur elektrischen En-ergie wird viel mehr erwartet durch eine Anpassung der Nutzungsphasen von Haushaltsgegenständen Energiesuffizienz fördernde Effekte zu erzielen.

Eine angepasste Energienutzung versucht, die verfügbare Energie best-möglich einzusetzen. Eine Optimierung des Lastverlaufs im Tagesgang wird durch die betrachtete heterogene Wohnnutzung sowohl für den Be-reich verwendeter thermischer, wie auch der Nutzung elektrischer Energie Energiesuffizienz fördernde Effekte erreichen können. Der Einsatz ther-mischer Energie wird unter anderem im Bezug zu Anwesenheitszeiten der Bewohner untersucht. Andererseits wird durch angepasste Betriebszeiten energierelevanter Ausstattungen versucht, den Energiehaushalt suffizi-enter zu gestalten, indem beispielsweise berücksichtigter, gebäudenah gewonnener Solarstrom1 möglichst hohe Deckungsraten der gegebenen Strombedarfe erzielen lässt.

Im Bezug zur Substitution von Energie im Wohnungsbau wird einerseits un-tersucht werden, inwieweit eine Rückbesinnung tradierter Konzepte, wie dem zentralen gemeinschaftlich genutzten Serviceraum, durch die ergänzende technische Interaktion eines Gebäudes neue Bedeutung zukommen könnte. Zudem wird im Hinblick auf die Anwendung zuvor benannter automatisierter und Präsenz-abhängiger Heizverhalten des interagierenden Gebäudes be-trachtet, ob sich neben einer angepassten Energienutzung auch substituie-rende Wirkungen in der Verwendung von Wärmeenergie abbilden lassen.1 Solarstrom: Zur Verfügung stehende elektrische Energie, die regenerativ aus Solarstrahlung gewonnen wird.

SuI-interactivebuildingsufficiencyMaxiMin adequate building

projekt info

projekt id

simulation year

IBS V.1.0 © 2019 AND. studio for architecture and sustainable design

program requirements:- Suffizienz- und Interaktionsbewertung von Wohnbauten auf Grundlage von Wohnansprüchen 2019- weiß hinterlegte Felder dienen zur Eingabe eigener Werte

dissSuI-PS-ffm-19

2019

interactive building sufficiency (IBS)

89 I

Projektstudie und Ergebnisbewertung. Exemplarische Betrachtung zur Energiesuffizienz durch Gebäudeinteraktion

2. Modellbildung suffizienzsteigernder multimodaler Interak-tionsmöglichkeiten im Gebäude

Die angewendete Methode, energetische Effekte durch Interaktionen im Wohnungsbau abzubilden, gliedert sich in zwei Einzelbetrachtungen der Verwendung von elektrischer und thermischer Energie. Die untersuchten Szenarien greifen dabei auf die formulierten Interaktionsansätze 1. bis 3. Ordnung in Kapitel Kap. V zurück. Für die beiden Energieformen werden, abhängig von der Sinnhaftigkeit des Betrachtungsmaßstabs, jeweils se-parate Interaktionsszenarios behandelt. Im Zusammenhang mit Wärme-energie wird vom thermischen Verhalten der einzelnen Wohneinheit aus-gegangen und es werden daraus gezogene Rückschlüsse nachfolgend auf das Gesamtgebäude des betrachteten Geschosswohnungsbaus pro-jiziert. Die Untersuchung der verwendeten elektrischen Energie hingegen erfolgt unmittelbar auf Basis des Gesamtgebäudes, indem die Wechsel-wirkungen zwischen unterschiedlichen Haushaltsformen und verfügbarem Solarstrom technisch koordiniert und beeinflusst werden.

Die Kombination der verschiedenen erarbeiteten Datengrundlagen zu Wohnraumansprüchen, Nutzergruppen-spezifischen Präsenzzeiten und Nutzungsprofilen energierelevanter Ausstattungen erfolgt dabei, in dem als „IBS, interactive building sufficiency“ betitelten Bewertungsmodell, um für die betrachteten Szenarios aussagekräftige Ergebnisse ableiten zu können. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Modell veranschaulicht potenzielle Handlungsspielräume einer verbesserten Energiesuffizienz des betrachteten Wohnungsbaus. Damit die ausgewählten Interaktionsformen je Szenario bewertet werden können, wurde mittels der Software Excel 2011 und der immanenten Programmierungsmöglichkeit auf Basis von Vi-sual Basic (VBA) eine Plattform programmiert, um bewertende Aussagen zum energetischen Einfluss untersuchter baulicher Interaktionen treffen zu können. Wie es in den einführenden forschungsleitenden Fragen formu-liert wurde, besteht der Anspruch, einen Bewertungsansatz zu definieren, mit dem über die Projektlaufzeit hinaus der angemessene Umgang mit Energie und Raum für interaktionsfähige Wohngebäude betrachtet wer-den kann. Neben quantifizierten Aussagen zur Nutzung thermischer und elektrischer Energie lassen sich anhand der Ergebnisse des Modells Aussa-gen hinsichtlich des angemessenen Umgangs mit Wohnraum in Bezug zu den gegebenen Haushaltsformen und des betrachteten Gebäudetyps treffen.

Die exemplarische Anwendung des IBS-Modells im Rahmen der Arbeit erfolgt anhand eines in geschlossener Blockrandbebauung existierenden Geschosswohnungsbaus in Frankfurt am Main. Gemäß der in Abb. 65 dargestellten Vorgehensweise werden neben parallel geführten Referenz-szenarios, die den jeweiligen Bestand ohne Interaktionsfähigkeiten als Vergleichswerte dokumentieren, gleichzeitig IBS-Szenarien mit sowohl in-termediären, wie auch internen Interaktionsformen (Interaktionen 1. und 2. Ordnung) für die Nutzung von elektrischer und thermischer Energie unter-sucht. In Anlehnung an das aus der Informatik bekannte Strategiemodell des „Devide and Conquer“ wird zur Handhabbarkeit und gleichzeitigen umfassenden Berücksichtigung der Komplexität des jeweiligen Szena-rios das Gesamtproblem in einzelne Teilaspekte zerlegt (Abb. 64). Die komplexe Gesamtsituation des Gebäudes, bestehend aus heterogenen Bewohnerstrukturen mit jeweils spezifischen Verhaltensweisen, stand-ortspezifischen Rahmenbedingungen und baustrukturellen Gegeben-heiten ist demzufolge in Bezug auf die Gesamtfragestellung einer verbes-serten Energiesuffizienz durch Interaktion in einzelne Teilaspekte zerlegt und bearbeitet worden. Wie einleitend beschrieben, werden grundlegend

Abb. 64: Schema der Divide-And-Conquer-Strategie als ein Prinzip zur Lösungsfindung komplexer Problem-stellungen. Die Lösung einzelner Teilprobleme er-reicht eine Lösung für das Gesamtproblem zu finden. Das Ausgangsproblem P wird in die Teilprobleme P1 bis Pn aufgelöst. Die resul-tierenden Teillösungen S1 bis Sn bilden in Kombina-tion eine Gesamtlösung S des Problems ab.

P

S

P2 .... PnP1

S2 .... SnS1

d&c strat

I 90

Abb. 65: Modell zur Untersuchung von Potenzialen gesteigerter Energiesuffizienz durch Interaktion im Gebäude. Exemplarische Simulation interner, und intermediärer Ansätze potenziell Suffizienz fördernder Interaktionseigenschaften von Gebäuden, am Beispiel einer Blockrandbebauung in Frankfurt am Main als Geschosswohnungsbau mit heterogener (vergleichend mit homogener) Bewohnerstruktur.

Anpassung der Interaktionsstrategie

Szenarien Suffizienz steigernder multimodaler Interaktion

• Interaktionen 1. und 2. Ordnung

• Nutzergruppen spezifisch

• Betrachtungshorizont Gebäude (GE) und Wohneinheit (WE)

Klimadatensatz• Frankfurt a.M.

(Meteonorm, 2018)

Komfortanspruch• Bewertung des

thermischen Komforts (IDA ICE, V.4.8)

Familie Eltern mit KindGenerationenwohnen









A Gebäude

IBS - interactive building sufficiencyItterative Studien zum Bestandsgebäudemit Interaktion

BST - ReferenzReferenzszenarioBestandsgebäude ohne Interaktion

Raumnutzung A

Raumnutzung C

Raumnutzung B

R1

R2R1

R3

R2 R3

Raumnutzung A

Raumnutzung C

Raumnutzung B

R1

R2R1

R3

R2 R3B Wohneinheit

Nutzungsanspruch• SingleVV, DINKS,

Eltern+Schulkind, Rentnerpaar, Mehr-Generationen Haushalt

• mediale Ausstat-tungsmerkmale

Raumanspruch• Bautypologie: Bsp.

Blockrand- Wohnbebauung

• Wohneinheit: Bsp. Geschoss-wohnungsbau

• Nutzung: gem. vorhandener Bewohnerstruktur

S&I Datenbanken

Projekteingabe unter Angabe des Standorts, des Gebäudetyps, der Wohneinheiten und Nutzergruppen

Aussagen zur Energiesuffizienz durch Interaktion auf Ebene des Gesamtgebäudes (A) und der Wohneinheiten (B)

Suffizienzbewertung• Wohnraum• Energie

Interaktionsbewertung• Komfortsteigerung• Aufwand/Nutzen

(technisch, energetisch)

Eingangsgröße gegebenvariierend

Innenraum v11 - Digital Home Assistant


task 2

task 3

task 2

task 2

task 3

task 2

Gebäude v11- Gemeinschaftsräume für technische Versorgung mit Tageszeitplansteuerung


e.g. washroom e.g. washroom

e.g. washroom

Gebäude v5 - nutzungsangemessene BelichtungBsp. Wohnen/Aufenthalt u. Ruhe/Schlafen

Invers für Präsentationen!


Gebäude v16- Anwesenheitssensitivität




Beispiel:

Beispiel:

91 I


Familie Eltern mit Kind

Generationenwohnen

Sondernutzung GewerbeSondernutzung Lager

UG

EG

1.OG

4.OG

DG

2.OG

3.OG Paar DINKS

Paar Rentner

Single in Ausbildung

Single Vollverdiener


Generationenwohnen


UG

EG

1.OG

4.OG

DG

2.OG

3.OG Paar DINKS

Paar Rentner




Generationenwohnen


UG

EG

1.OG

4.OG

DG

2.OG

3.OG Paar DINKS

Paar Rentner




Generationenwohnen


UG

EG

1.OG

4.OG

DG

2.OG

3.OG Paar DINKS

Paar Rentner




Generationenwohnen


UG

EG

1.OG

4.OG

DG

2.OG

3.OG Paar DINKS

Paar Rentner



die Nutzung von elektrischer und thermischer Energie jeweils einzeln behandelt und auch inhaltlich in eigenständigen Kapiteln nachfolgend dokumentiert. Innerhalb dieser Kapitel wiederum werden gezielt die Ef-fekte je Energieform untersucht. Es werden jeweils passende Interakti-onsstrategien unabhängig voneinander betrachtet. Abschließend werden die Ergebnisse beider Teilaspekte, dem Strategiemodell folgend, wieder zusammengeführt und Aussagen hinsichtlich des Gesamtpotenzials der Gebäudeinteraktion zur Verbesserung der Energienutzung im Wohnungs-bau abgeleitet. Die Ausgangslage bildet die Bestandssituation aus der gegebenen Baustruktur und der vorliegenden Haushaltsmischung des untersuchten Geschosswohnungsbaus ab. Im iterativen Prozess mit ge-zielten Anpassungen der Interaktionsfähigkeit des Gebäudes, respektive der Wohneinheit, werden anhand der energetischen Bedarfe die je Inter-aktionsform resultierenden Effekte nachvollzogen. Das Schema in Abb. 65 dokumentiert zusammenfassend die beschriebene Vorgehensweise der schrittweisen Verfeinerung des Interaktionsgrades.

Neben den eigens erarbeiteten Datengrundlagen zum Anspruch und der Nutzungsweise von Wohnräumen sind weitere externe Datengrundlagen, sowie Ergebnisse aus Simulationen mit weiterführender Software mit in die Bewertungen eingeflossen. Die Berechnungen des IBS-Modells be-rücksichtigten daher neben integrierten regionalen Klimadaten des Stand-orts Frankfurt am Main auf Grundlage des Datensatzes des Jahres 2019 der Software Meteonorm zudem resultierende Energiebedarfe zur Tem-perierung der Innenräume auf Grundlage der Ergebnisse der thermischen Gebäudesimulationen mit der validierten Software IDA ICE, Version 4.82. Im Rahmen der Simulation thermischer Verhaltensweisen des Gebäudes ist dementsprechend abweichend zur allgemeinen Berechnung im IBS-Modell nicht der Klimadatensatz von Meteonorm, sondern der in dem Programm IDA ICE verwendete Wetterdatensatz für den Standort Frank-furt am Main in der zum Bearbeitungszeitpunkt aktuellsten Version ange-setzt worden (ASHRAE 2013, Frankfurt-Main-AP, 01.01. bis 31.12.2019). Es wurde generell bei allen Eingabeparametern und Konfigurationen im Rahmen der Simulationen und Bilanzierungen programmübergreifend darauf Wert gelegt, kongruente Annahmen und Einstellungen zu treffen, wodurch gewährleistet wird, dass in den abschließenden Gesamtaussa-gen zur Suffizienz (thermisch, elektrisch) vergleichbare Aussagen möglich sind. Es wurde dementsprechend unter anderem die zeitliche Auflösung der Ergebnisse sowie die verwendeten Eingangsgrößen, wie Raumvolu-mina, baustrukturelle Rahmenbedingungen, spezifische Nutzerverhalten und Anwesenheitsprofile aufeinander abgestimmt.

Die Energiebedarfe der gewählten Ausstattungen der Wohnungen mit elek-trischen Geräten wurden auf Grundlage vergleichender Verbrauchswerte marktüblicher Produkte als Mittelwert angesetzt. Diese Mittelwerte sind im Rahmen betreuter studentischer Forschungsarbeiten durch recher-chierte Kennwerte je Ausstattungsobjekt ermittelt worden. Ausführlichere Angaben finden sich hierzu in der Anlage unter der Kapitelüberschrift „4.2.1. Stromverbräuche technischer Ausstattungen“. In entsprechender Form erläutert das Kapitel der Anlage mit der Überschrift „4.2.2. Para-meter des thermischen Raumkomforts“ die, in den Szenarien zur Unter-

2 IDA ICE, Version 4.8: Neben anderen Zertifikaten wurde die Software gemäß der Bekanntmachung des Herstellers unter anderem im Bezug auf die Normung des European Committee for Standardization (CEN) für die EN-Norm 15265-2007: „Thermal performance of buildings – Calculation of energy needs for space heating and cooling using dynamic methods – General criteria and validation procedures“ erfolgreich geprüft. Ebenso in Anwendung des ANSI/ASHRAE Standard 140-2004: „Standard Method of Test for the Evaluation of Energy Analysis Computer Programs“ wird der Software eine erfolgreiche Validierung bescheinigt. Aus besagten Gründen ist in Anwendung des Programms IDA ICE im Rahmen der Projektstudie davon auszugehen, unter Maßgabe der korrekten Eingabe des Projektmodells, realitätsnahe Ergebnisse des thermischen Verhaltes von Gebäuden und Wohneinheiten zu erhalten.

Abb. 66: Untersuchter Wohnungs-bau als (3) Mittelhaus in innerstädtischer Blockrand-bebauung mit (4, rechte Seite) achsensymmetri-schem Grundriss und (2) bauhistorisch typischer straßenseitiger Schmuck-fassade und südorientierter Innenhoffassade. (1) Die vorhandene Bewohner-struktur ist mit Ein- bis Mehrpersonen-Haushalten heterogen ausgeprägt.

(1) Bewohnerstruktur

(2) Ansichten

(3) Einbindung in den städ-tebaulichen Kontext

I 92

suchung thermisch-energetischer Suffizienzpotenziale angenommenen technischen Ausstattungen. Die in den Berechnungen und Simulationen zugrunde gelegten Nutzererwartungen hinsichtlich des Innenraumkom-forts orientieren sich an den normativ beschriebenen Empfehlungen zum thermischen Komfort von Innenräumen nach DIN EN 152513 sowie DIN EN ISO 77304. Die zusammenfassende Tabelle im Kapitel 4.2.2 der An-lage beschreibt die zur Regelung angenommenen Komforterwartungen im Innenraum. Wenn während einzelner Szenarien abweichende oder er-weiterte Einstellungen vorgenommen wurden, sind diese an gegebener Stelle benannt und erläutert. Ergänzt um die in der Anlage Anl-2 aufge-schlüsselten Kenngrößen zum Anspruch an Wohnraum und Wohnfläche je Wohn- und Nutzungseinheit, ergeben sich aus den Datengrundlagen der vorliegenden Arbeit differenzierte Angaben zur Angemessenheit im Umgang mit Raum, Interaktion und Energie in Wohngebäuden.

3 DIN EN 15251: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden.4 DIN EN ISO 7730: Ergonomie der thermischen Umgebung - Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMV- und des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit.

RN-ar m2 6,4556

RN-ar m2 6,4556

RN2-sa m3 5,16 m2 2,13

RN2-sa m3 5,16 m2 2,13

RN2-er m3 6,71 m2 2,57

RN2-er m3 6,71 m2 2,57

RN2-zw/er m3 8,31 m2 2,74

RN2-zw/er m3 8,31 m2 2,74

RN2-wo/ko m3 20,03 m2 6,65

RN2-wo/ko m3 20,03 m2 6,65

RN2-wo/es m3 17,98 m2 5,93

RN2-wo/es m3 17,98 m2 5,93

RN2-wo m3 34,32 m2 11,33

RN2-wo m3 34,32 m2 11,33

RN1-ru/sc m3 42,87 m2 14,15

RN1-ru/sc m3 42,87 m2 14,15

WE2 WE1

GE-ar m2 115,44

Straße

Innenhof

N

(4) Grundriss

93 I


Tab.: Anteile der Raumnutzungen (RN) je Wohneinheit des unter-suchten Wohnungsbaus

Wohnbereich (RN-wo)V: 34,318 m3 A: 11,326 m2 L: 4,39 m B: 2,58 m H: 3,03 m

Essbereich (RN-es)V: 17,980 m3 A: 5,934 m2

L: 2,30 m B: 2,58 m H: 3,03 m

Ruhe&Privat (RN-ru)V: 42,723 m3 A: 14,100 m2

L: 4,70 m B: 3,00 m H: 3,03 m

Küchenbereich (RN-ko)V: 20,191 m3 A: 6,708 m2

L: 2,60 m B: 2,58 m H: 3,01 m

Sanitärbereich (RN-sa)V: 5,164 m3 A: 2,125 m2

L: 1,38 m B: 1,54 m H: 2,43 m

Erschließung (RN-er)V: 7,719 m3 A: 2,718 m2

H: 2,84 m (3,03 m (Inst.))Zwischenb. (RN-zw)V: 8,293 m3 A: 2,737 m2

L: 1,61 m B: 1,70 m H: 3,03 mAussenb. (RN-au)A: 5,980 m2

L: 1,98 m B: 3,02 m

3. Suffizienz des (Wohn-)Raums

Das untersuchte Gebäude, das am Ende des 19. Jahrhundert als stra-ßenbegleitendes Mittelhaus einer Blockrandbebauung in innerstäd-tischer Lage der Stadt Frankfurt am Main gebaut wurde, verfügt über eine für den Bautypus übliche Fassadengliederung mit einer straßenbegleitenden Schmuckfassade nach Norden und einer dem Innenhof zugewandter Hoffas-sade nach Süden. Das Gebäude ist als Zweispänner organisiert, der über fünf Vollgeschosse, inklusive Erdgeschoss und ergänzenden Keller- und Dachge-schossen zehn Wohneinheiten sowie eine in der weiteren Betrachtung der Energiesuffizienz-Potenziale unberücksichtigt gebliebene Sondernutzung im Erdgeschoss aufnimmt. Mit Ausnahme des Erdgeschosses ordnen sich je Geschoss jeweils zwei Wohnungen achsensymmetrisch um das auf der Süd-seite des Hauses mittig angeordnete Treppenhaus an. Die raumgleich ausge-führten einzelnen Wohnungen verfügen jeweils über zwei separate Zimmer, wobei eines der beiden über einen offenen Durchbruch mit dem Küchenraum und dem angrenzenden Balkon verbunden ist. Zusätzlich verfügt jede Wohn-einheit über ein separates Bad sowie eine alle Räume verbindende Diele als Zwischenraum (Abb. 66). Die Wohnfläche je Wohnung beträgt somit 47,05 Quadratmeter. Die Wohnungen zeichnen sich daher als annähernd idealty-pische Untersuchungsobjekte aus, da die Flächenausdehnung annähernd dem statistisch ermittelten bundesdeutschen Durchschnitt5 an genutzter Wohnfläche pro Kopf des Jahres 2018 von 46,7 Quadratmetern entspricht. 5 „Im Jahr 2018 gab es in Deutschland rund 42,2 Millionen (Mio.) Wohnungen in Wohn- und Nichtwohngebäuden, einschließlich Wohnheimen. Das waren 1,6 Mio. Wohnungen mehr als im Jahr 2011 (+3,9 %). Im gleichen Zeitraum stieg die tatsächlich genutzte Wohnfläche deutlich stärker um 4,8 % an. Grund dafür war auch die im Vergleich zu 2011 größere durchschnittliche Wohnfläche der Wohnungen im Bestand von 2018. Die Wohnfläche je Wohnung betrug 2018 im Durchschnitt 91,9 Quadratmeter (m2) und lag damit um 0,9 % höher als im Jahr 2011. [...] Die Wohnfläche pro Kopf nahm in Deutschland zwischen 2011 und 2018 von 46,1 m2 auf 46,7 m2 zu – trotz Zuwanderung, die nur vorübergehend in den Jahren 2015 und 2016 zu einem kleinen Rückgang der Pro-Kopf-Wohnfläche führte. Ein Grund dafür war die immer noch zunehmende Versorgung mit Eigenheimen und großen Wohnungen obwohl die Haushalte im Mittel immer kleiner und vor allem Ein-Personenhaushalte immer häufiger werden. Im Mittel teilten sich 2018 nur noch zwei Menschen eine Wohnung, der Anteil der Ein-Personenhaushalte lag bei 40,4 %.“ (Umweltbundesamt (Hrsg., 2019b))

Abb. 67: R-N-Diagramm (Median) der Projektstudie FFM. Vergleich des Raumvolu-mens [cbm] und Anspruchs an Fläche [qm] der unter-suchten Wohneinheiten der Projektstudie im Vergleich zum allgemeinen R-N-Dia-gramm als Medianwerte des Geschosswohnungsbaus für Mitteleuropa (m 1:250) zur Abschätzung der Raum- und Flächensuffizienz.

ru2*

58%

ru3*

69%3,03

wo2*

49%

3,03

wo3*

56%

3,03

zw2* 70%

zw3* 101%

er3*

61%

er2*

47%

2,84

sa3*

36%

sa2*

33%

2,43

ko3*

109%3,03

ko2*

95%au

v au

a 63%

aua

er

ge

sako

wo

med2,60

min2,20

ruso

R-N-Diagramm Median der Projektstudie FFM

im Verhältnis zum Geschosswohnungsbau (Med.)

VPr.-St., licht=136,60 m3

APr.-St., WF=47,05 m2

hPr.-St.=~3,03 m

VGWB IBS, licht=236,80 m3

AGWB IBS, WF=100,56 m2

hIBS WE=2,52 m

2* prozentualer Flächen-Anteil gegenüber IBS-Median3* prozentualer Raumvolumen-Anteil gegenüber IBS-Median

wo es ru ar ko sa er zw ge so au WEFläche GWB [qm] 35,30 24,47 --- 7,06 6,50 5,77 3,90 25,10 2,74 (9,47 /

11,30)110,84 (131,60)

[%] 32% 22% 6% 6% 5% 4% 23% 2% 100%

Pr.-St. [qm] 11,33 5,93 14,10 --- 6,71 2,13 2,72 2,74 --- --- (5,98) 45,66 (51,64)

[%] 25% 13% 31% 15% 5% 6% 6% 100%

Volumen GWB [cbm] 93,01 62,28 --- 18,60 14,30 12,69 8,25 68,91 6,65 (28,25) 284,69 (312,93)

[%] 33% 22% 7% 5% 4% 3% 24% 2% 100%Pr.-St. [cbm] 34,32 17,98 42,72 --- 20,19 5,16 7,72 8,29 --- -- -- 136,38

[%] 25% 13% 31% 15% 4% 6% 6% 100%

Tab.: Medianwerte des Geschosswohnungsbaus im Vergleich zur Projektstudie, prozentual aufgeschlüsselt nach Anteilen je Nutzungseinheiten an der Wohneinheit (WE=1000%)

I 94

Abb. 68: R-N-Diagramm (Minimum) der Projektstudie FFM. Vergleich des Raumvolu-mens [cbm] und Anspruchs an Fläche [qm] der unter-suchten Wohneinheiten der Projektstudie im Vergleich zum allgemeinen R-N-Dia-gramm als Minimalwerte des Geschosswohnungsbaus für Mitteleuropa (m 1:250) zur Abschätzung der Raum- und Flächensuffizienz.

Das betrachtete Gebäude zeichnet sich ferner durch eine heterogene Be-wohnerstruktur mit Haushalten unterschiedlicher Personenanzahl aus. Die dadurch vorhandenen unterschiedlichen Verhaltensweisen ermöglichen es, Nutzergruppen-spezifische Energiebedarfe abzuleiten, um somit pas-sende Interaktionsstrategien des Gebäudes zu entwickeln. Neben Ein- und Zwei-Personen-Haushalten werden die betrachteten Wohnungen auch von Drei-Personen-Haushalten genutzt (Abb. 66). Den überwiegenden Anteil bilden jedoch Haushalte mit einer Person als “Alleinstehende (-r) Vollverdiener (-in)“ (SVV) und zwei Personen mit einerseits der Gruppe der „Double Income No Kids“ (DINKS, DKS) sowie dem „Rentnerpaar“ (RPR). Zudem bewohnen eine Kleinfamilie als „Eltern mit Kind“ (E1K) sowie ein Mehr-Generationen-Haushalt (RPRSVV) als „Alleinstehende (-r) Vollver-diener mit Seniorenpaar“ die Wohnungen des betrachteten Hauses. Die Heterogenität in der Zusammensetzung der Haushaltsformen bei jeweils räumlich gleichen Wohngrößen zeigt bereits eine Spannweite dessen, was als angemessener Wohnraum abhängig von der Person wahrgenommen und als akzeptabel angesehen wird.

Die Individualität, die sich aus der vorangestellten Aussage ableiten lässt und in der Beantwortung der Frage nach einem angemessenen Wohnraum steckt, zeigt, dass sich Angemessenheit oder Suffizienz in Bezug auf das Wohngebäude und die Nutzung von Gebäuden allgemein nicht durch ei-nen singulären Kennwert ausdrücken lässt. Ein angemessen beanspruch-ter Wohnraum, oder eine angemessen beanspruchte Wohnfläche, definiert sich daher vielmehr als ein Spektrum, dass sich aus mehreren Werten, die sich zwischen einem Minimum und Maximum bewegen, zusammensetzt. In diesem Zusammenhang lohnt es sich den, in Abb. 67 und Abb. 68 dar-gestellten, Vergleich zwischen den Anteilen einzelner Raumnutzungen der

ru2*

210%

ru3*

239%3,03

wo2*

155%

3,03

wo3*

173%

3,03

zw2* 185%

zw3* 224%

er3*

160%

er2*

151%

2,84

sa3*

53%

sa2*

54%

ko3*

325%3,03

ko2*

300%au

a 399%

aua er

ko

wo

so

ru

auv

sa

med2,60

min2,20

R-N-Diagramm Minimumder Projektstudie FFM

im Verhältnis zum Geschosswohnungsbau (Min.)

VPr.-St., licht=136,60 m3

APro.-St., WF=47,05 m2

hPro.-St.=~3,03 m

VGWB IBS, licht=132,20 m3

AGWB IBS, WF=53,96 m2

hGWB IBS=2,60 m2* prozentualer Flächen-Anteil gegenüber IBS-Median3* prozentualer Raumvolumen-Anteil gegenüber IBS-Median

wo es ru ar ko sa er zw ge so au WEFläche GWB [qm] 11,17 6,70 --- 2,23 3,93 1,80 1,48 21,90 0,90 (1,50 /

3,72)50,11 (55,33)

[%] 32% 22% 6% 6% 5% 4% 23% 2% 100%

Pr.-St. [qm] 11,33 5,93 14,10 --- 6,71 2,13 2,72 2,74 --- --- (5,98) 45,66 (51,64)

[%] 25% 13% 31% 15% 5% 6% 6% 100%

Volumen GWB [cbm] 30,15 17,89 --- 6,03 9,77 4,82 3,70 60,88 2,63 (4,19) 135,86 (140,05)

[%] 22% 13% 4% 7% 4% 3% 45% 2% 100%Pr.-St. [cbm] 34,32 17,98 42,72 --- 20,19 5,16 7,72 8,29 --- -- -- 136,38

[%] 25% 13% 31% 15% 4% 6% 6% 100%

Tab.: Minimalwerte des Geschosswohnungsbaus im Vergleich zur Projektstudie, prozentual aufgeschlüsselt nach Anteilen je Nutzungseinheiten an der Wohneinheit (WE=1000%)

95 I


Projektstudie im Verhältnis zu den ermittelten allgemeinen Median- und Minimalwerten des aktuell beanspruchten Wohnraums im Geschosswoh-nungsbau in Mitteleuropa zu betrachten. Man erkennt, jeweils als Draht-modell dargestellt, den ermittelten medianen beziehungsweise minimalen Anspruch nach Wohnraum. Diesem werden, flächig in schwarz und grau gehalten, die realen Anteile einer Wohneinheit des untersuchten Projektes überlagert. Die abgebildeten Prozentangaben benennen den Anteil der jeweiligen Raum- und Flächennutzung der Projektstudie im Verhältnis zu den ermittelten Durchschnittswerten im Wohnungsbau. Diese direkte Ge-genüberstellung zeigt, dass einerseits im Vergleich zu den Medianwerten das untersuchte Wohnungsbauprojekt in weiten Teilen der unterschied-lichen Raumnutzungen mit weniger als 50 % der im Median beanspruch-ten Flächenanteile auskommt. Es lässt sich jedoch gleichzeitig in Abb. 68 erkennen, dass hinsichtlich der Minimalansprüche im aktuell genutzten Wohnungsbau, ausgenommen vom Sanitärbereich, durchaus auch gerin-gere Flächenangebote zu finden sind. Die Wohnungen des untersuchten Geschosswohnungsbaus stellen demnach noch nicht die minimalen, bei den Bewohnern Akzeptanz findenden Raumgrößen dar. In dem betrachte-ten Gebäude sind andererseits auf einer Wohnfläche von rund 47 Quadrat-metern Haushaltsformen mit bis zu drei Personen anzufinden, welches auf den Flächenbedarf pro Person bezogen eine deutliche Unterschreitung der medianen und minimalen Werte bedeutet. Nach subjektiver Einschät-zung durch Befragung der Bewohner verspüren diese prinzipiell keinen Mangel in der Nutzung der individuell verfügbaren Wohnräume. Die ermit-telten Medianwerte zum Geschosswohnungsbau zeigen dennoch, dass im Verhältnis zur untersuchten Wohnung bis zu 51 % mehr an Fläche und 44 % mehr an Raumvolumen für die Bereiche Wohnen und Essen ak-tuell typisch sind. Es scheint daher nur schwer zu definieren, was eine Obergrenze des Raumangebots darstellt. In der Arbeit wird daher auch darauf verzichtet, den untersuchten Wohnungsbau im Verhältnis zu den er-mittelten Maximalwerten des Geschosswohnungsbaus zu betrachten. In den vertiefenden Darstellungen der Analyseergebnisse zum Wohnraumanspruch in de Anlage im Kapitel „Gebäudetypologische Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche“ finden sich weiterführend jedoch auch zu den Maximalwerten vertiefende Informationen.

Die Beantwortung der Frage nach einem angemessenen, suffizienten Wohnraum für eine Person, die als Grundlage zur Entwicklung ressour-censchonender Wohnungsbaukonzepte dienen kann, sollte sich dement-sprechend an dem Spektrum zwischen den analysierten Minimalwerten und dem Wert des ermittelten Medians orientieren. Insbesondere, wenn man berücksichtigt, dass die im Rahmen der Arbeit erfolgten Untersu-chungen von Wohnungsbaukonzepten vor dem Hintergrund erfolgten, einen Durchschnitt des typischen aktuell geplanten, nachgefragten und gebauten Wohnungsbaus abzubilden. Die Auswahl der ausgewerteten Gebäude beinhaltet jedoch nur einen geringen Anteil an Projekten, die konzeptbedingt gezielt Leitideen zur Raumsuffizienz nutzten und dem-entsprechend grundlegend raumsparende Wohnungsgrößen aufzeigen. Die ermittelten Minimalwerte je Raumnutzung, wie sie exemplarisch in der vergleichenden Grafik in Abb. 68 dargestellt sind, lassen sich vor diesem Hintergrund dementsprechend als ein weiterhin als angemes-sen anzusehendes Minimalangebot an Raum je Nutzung und Person verstehen. Es lässt sich daher zusammenfassend festhalten, dass mit zunehmender Annäherung der personenbezogenen, individuellen Rau-mansprüche an den ermittelten unteren Grenzwert die Suffizienz in der Nutzung von Wohnraum steigt. Je näher ein Wohngebäude, eine Wohn-einheit oder im kleinsten Maßstab ein einzelner Raum den im Kapitel

Abb. 69: Beispiel eines Tinyhouses in Washington D.C., USA als Konzept minimierter und mo-biler privater Wohnräume.

Abb. 70: Minimierter privater Individualraum zu Guns-ten der Maximierung von Gemeinschaftsräumen des Cubity der TU Darmstadt als Modellprojekt zukunfts-weisenden Clusterwohnens im Rahmen des Solar Decathlon Europe 2014 in Versailles.

I 96

Kap. IV näher beschriebenen Minimalwerten kommt, desto höher ist der Grad der Raumsuffizienz in der Nutzung der betrachteten Wohnräume zu bewerten. Im Hinblick auf die allgemeine Anwendung der Raum-Nutzung-Diagramme zur Bewertung der Raumsuffizienz von Wohnungsbauten ist einschrän-kend zu ergänzen, dass es sich in der Darstellung des jeweiligen R-N-Diagramms mit den recherchierten minimalen, maximalen und medianen Ansprüchen nach Wohnraum beziehungsweise Wohnfläche im Grunde um eine „synthetische“ Wohneinheit handelt. Während in Abb. 68 die Flä-chen- und Volumenwerte einer realen Wohneinheit dargestellt sind, beste-hen die Werte des minimalen beziehungsweise medianen Anspruchs aus den jeweilig ermittelten minimalen und medianen Werten je Raumnutzung, sodass projektspezifisch weiterhin eine Abwägung der Raumsuffizienz je Nutzungsbereich zu erfolgen hat, um eine allgemeine Aussage zur pro-jektbezogenen Raumsuffizienz treffen zu können. Die Gegenüberstellung zeigt demnach potenzielle Handlungsfelder auf, die bei einer raumopti-mierenden Grundrissgestaltung Berücksichtigung finden könnten. Es wird mit den erarbeiteten Kennwerten ein erster Anhaltspunkt zum angemes-senen Umgang mit Raumangeboten in zukünftigen Planungen und Kon-zeptionierungen von Wohnbauarchitekturen geschaffen. Die Darstellung des Minimalangebots an Raum aus Abb. 68 wäre gleichzusetzen mit der eingangs im Kapitel zur forschungsleitenden Fragestellung formulierten, theoretisch möglichen maximalen Suffizienz im Umgang mit Raum. Der Ansatz des maximal möglichen Verzichts würde dabei prinzipiell auch das maximale Potenzial zur Reduktion gebäudebezogener Bedarfe nach Res-sourcen bieten. Dieser Zielwert birgt jedoch gleichzeitig in der Umsetzung die Gefahr, ein Verzichtsempfinden während der Nutzung auszulösen. Dementsprechend erfahren vorhandene Ansätze zu minimalen Wohn-raumangeboten bisher noch verhaltenen Zuspruch. Das Konzept des Wohnens im Tinyhouse (Abb. 69, Beispiel eines Tinyhouse aus Washing-ton USA) oder Pilotprojekte, wie das von der TU Darmstadt initiierte Wohnkonzept des Cubity (Abb. 70, Blick in einen der Wohncubes des Pro-jektes), dass mit sogenannten „Cubes“ erforschte, wie sich Individualräu-me auf ein Minimum reduzieren lassen, zeigen exemplarisch, dass generell durchaus ein gewachsenes Interesse an alternativen Wohnformen besteht. Der in Abb. 22 auf Seite 41 dargestellte Begriff des Suffizienzoptimums, der den ausgewogenen Wert zwischen maximaler Suffizienz und akzep-tierten Verzicht beschreibt, würde in diesem Zusammenhang somit den Bereich zwischen dem im Median nachgefragten Angebot an Wohnraum und den minimal möglichen Raumgrößen beschreiben. Dieses Spektrum stellt dadurch gleichzeitig das realistisch umsetzbare Angebot an Raum- und Flächensuffizienz dar. Es ist dabei zu erwarten, dass die Akzeptanz für reduzierte Raumangebote steigen wird, wenn gleichzeitig alternative angebotsstiftende Verknüpfungen und Interaktionen beispielsweise zwi-schen aneinander angrenzenden Räumen entstehen. In einem offenen Grundriss ließe sich beispielsweise durch fließende Übergange zwischen den Räumen der Annahme folgend generell Raumvolumen einsparen. Als Zwischenräume wären die Bereiche des fließenden Übergangs zwischen zwei Räumen nicht mehr eindeutig einem dieser Räume zuzuordnen und erfahren dadurch eine Überlagerung von Nutzungsfunktionen, wodurch die Nutzungsdichte in diesem Bereich des Wohnraums steigt.

Wenn man in diesem Zusammenhang erneut das vergleichende Raum-Nutzung-Diagramm auf Seite 94 mit den zugehörigen tabellarisch dar-gestellten Einzelwerten je Raumnutzung betrachtet, zeigen die prozentu-alen Anteile des Wohnraums, sowie die numerischen Werte der Bereiche

Abb. 71: Wohnraum - Küchenraum - Erschließungsraum. Wandelbares Mobiliar als Beispiel raumbezogener Nutzungsdichte.

97 I


Wohnen, Essen und Kochen, dass der beanspruchte Raum für Wohnen der Projektstudie deutlich über den allgemeinen Werten liegt. Es zeigt die allgemeine Entwicklung, dass in Wohngrundrissen zeitgenössischer Wohnarchitektur die Bereiche des Kochens, Essens und Wohnens oftmals in einem offenen Grundriss zusammengefasst werden. Dadurch ergeben sich je Nutzung geringe beanspruchte Flächenanteile. Das untersuchte Projekt hingegen weist weiterhin eine klassische räumliche Trennung der einzelnen Wohnfunktionen auf und benötigt somit vergleichsweise mehr Raum, in dem beispielsweise reine Erschließungsbereiche zunehmen. Das in Abb. 71 dargestellte Beispiel aus Mexiko illustriert, wie moderne Wohnkonzepte räumliche Abgrenzung von Wohnfunktionen vermeiden lässt, während gleichzeitig Potenziale einer verbesserten Raumsuffizienz genutzt werden.

Die Raum-Nutzung-Diagramme in Abb. 67 und Abb. 68 erlauben, noch weitere Aspekte des angemessenen Umgangs mit Wohnraum abzuleiten und daraus allgemeine Aussagen zur Suffizienz im Umgang mit Raum zu beschreiben. Während die flächenbezogenen Prozentzahlen des betrach-teten Gebäudes pro Wohneinheit Flächenangebote deutlich unterhalb der ermittelten Medianwerte aufweisen, zeigen sich andererseits, aufgrund der für die Bauzeit Ende des 19. Jahrhunderts üblichen, erhöhten lich-ten Raumhöhen in Geschosswohnbauten, teilweise deutlich oberhalb der Medianwerte liegende Volumenanteile je Raumnutzung. Dieser Innen-raumcharakter ergibt sich aus der durchschnittlichen Geschosshöhe von 3,40 Meter mit lichten Raumhöhen von 3,03 Meter in den vorliegenden Wohnräumen. Neuzeitige Wohnungsbauten weisen hingegen aus Grün-den der Kostenersparnis und Gründen optimierter Geschossigkeit häufig deutlich niedrigere lichte Raumhöhen auf. Auch diese Entwicklung ist in den gezeigten vergleichenden Diagrammen nachzuvollziehen. Mit einer Geschosshöhe im Median von 2,60 m bewegen sich die lichten Raumhö-hen nach Abzug der Deckenstärke nah an der nach Norm vorgegebenen lichten Mindesthöhe von 2,40 Metern für Aufenthaltsräume, laut Landes-bauordnung Hessen § 50 (1) der HBO (Hessisches Ministerium für Wirt-schaft, Energie Verkehr und Wohnen (2018)).

Gleichzeitig tragen weitere, von den Innenräumen der Wohneinheit unab-hängige Aspekte, wie die Lage des Wohnungsbaus innerhalb einer Stadt, die Orientierung des Baukörpers und die Ausrichtung der Wohneinheiten innerhalb eines Gebäudes oder auch partiell als Erweiterung von Wohn-räumen angebotene ergänzende Austritte und Balkone, zur allgemeinen Bewertung der Angemessenheit und Akzeptanz der Wohnsituation bei. Diese Aspekte werden aufgrund des spezifischen Fokus der Arbeit auf die Interaktionsfähigkeit von Wohngebäuden nicht tiefergehend betrachtet. In aufbauenden Forschungen wären Untersuchungen zu diesen als „weiche Faktoren“ der Raumsuffizienz zu bezeichnenden Aspekten jedoch sinnvoll und lassen eine gewinnbringende Erweiterung der vorliegenden Ergeb-nisse erwarten. Für das untersuchte Gebäude lässt sich anhand der vor-ab beschriebenen Aspekte zur Raumsuffizienz generell bezweifeln, dass tatsächlich in allen vorliegenden Haushalten von einem zeitgemäßen und angemessenen Anspruch an Wohnraum gesprochen werden kann. Insbe-sondere wenn man sich die räumliche Situation des „Mehr-Generationen“-Haushaltes vor Augen führt, in dem für jeden Bewohner nur sehr begrenz-ter Raum zur individuellen Entfaltung zur Verfügung steht. Es ist in diesem Zusammenhang zu vermuten, dass zur Erfüllung der unterschiedlichen Interessenslagen eines Berufstätigen beziehungsweise eines Senioren-paars über die eigene Wohnung hinaus vorhandene Angebote des städ-tischen Umfelds, wie Parks oder Gastronomie, wesentlich dazu beitragen,

Abb. 72: Beispiel zur Flexibilisierung nutzbarer Raumansprüche in Blockrandstrukturen. Konzept zum Weiterbauen von Blockrandbebauung wodurch im Gebäude die Vielfalt an Wohnrauman-geboten und Belegungs-möglichkeitenwächst und unterschiedlichen Haus-haltsgrößen zur Wahrung heterogener Bewohner-struktur adequate Rauman-gebote bieten kann.

Bestand

AAA A AA B ABA

AAA A AA B ABA

AAA A AA B ABA

Suffizienz durch Nachverdichtung und räumliche Varianz

AAA A AA B ABA

I 98

den begrenzten Individualraum auszugleichen. Ähnlich wird die Situation des „Elternpaars mit Kind“ eingeschätzt. Die Nutzergruppe wird ebenfalls die im Innenhof befindlichen Gemeinschaftsflächen sowie nahe gelegene Parkanlagen als ausgleichende Potenziale zur Beurteilung der begrenzten Wohnsituation berücksichtigen.

Die erkannten moderaten bis geringen Raumangebote im Verhältnis zur relativ hohen durchschnittlichen Bewohnerdichte erlauben es daher, ohne Gefahr zu laufen, zuvor definierte Maßstäbe angemessener Wohnraum-angebote zu untergraben, über Erweiterungs- und Nachverdichtungskon-zepte zu Gunsten der Förderung der vorhandenen heterogenen Wohn-formen nachzudenken. Zur Erhöhung der Flexibilität und Nutzungsvielfalt innerhalb des Gebäudes und in Erweiterung auch der angrenzenden Be-bauungen des Blockrands zeigt die Abb. 72 ein schematisches Konzept kontextuell bedingter suffizienter Nachverdichtung der Bestandssituation. Die Erweiterung des bestehenden Baukörpers in den nach Süden angren-zenden Innenhof würde die Varianz an Grundrissmöglichkeiten innerhalb des Gebäudes erhöhen. Indem, wie in dem Schemagrundriss Abb. 72 vorgeschlagen, die Erweiterung nicht über die gesamte Gebäudebreite, sondern durch Einbeziehen der Nachbarbebauung lediglich für die Hälf-te des Baukörpers erfolgt, erhöht sich die Vielfalt an möglichen Wohn-grundrissen, während gleichzeitig grundlegend baurechtliche Vorgaben berücksichtigt werden können. Den Bewohnern beider Gebäude stünden so potenziell – je nach individueller Lebensphase und Haushaltsgröße – wahlweise alternative Angebote an Wohneinheitsgrößen zur Verfügung. Die bestehende Situation einer gemischten Hausgemeinschaft ließe sich somit weiter festigen. Das Konzept zeigt einen theoretischen Ansatz zur Nachverdichtung von Stadträumen, der anspruchsgerechte Wohnraum-angebote ermöglicht, ohne die generelle Senkung individueller Ansprüche außer Acht zu lassen.6 Zur weiteren Erhöhung des Flexibilitätsgrads des betrachteten Geschosswohnungsbaus könnte ergänzend ein während der Vor-Ort-Studie im skandinavischen Raum vorgefundenes vielerorts angewandtes Prinzip genutzt werden. Loggien und Balkon waren oftmals vollverglast, sodass diese im geschlossenen Zustand während der Win-termonate als Pufferzone und erweiterter Wohnraum zur Verfügung ste-hen. In den wärmeren Monaten des Jahres hingegen lassen sie sich im geöffneten Zustand erneut in der ursprünglichen Funktion als erweiterter privater Außenbereich der Wohnung nutzen (Abb. 73).

Die benannten Möglichkeiten zur Förderung vorhandener Potenziale, wie der Nutzungsvielfalt innerhalb des Gebäudes oder bereits bestehender Interaktionsformen der Bewohner mit den umliegenden stadträumlichen Angeboten, zeigen erste Ansätze aus dem konkreten, betrachteten Pro-jekt wie räumliche Suffizienz gefördert werden kann. Prinzipiell ließen sich die gezielten Beobachtungen raumsuffizienter Möglichkeiten des betrach-teten Gebäudes noch weiter vertiefen. Im Rahmen der Dissertation soll dieser Aspekt jedoch lediglich einleitend behandelt sein und als poten-zieller Argumentationshintergrund im Zuge der Bearbeitung der Energie-suffizienz des Gebäudes und der integrierten Wohneinheiten dienen. In den nachfolgenden Kapiteln konzentriere ich mich dementsprechend ver-tiefend auf die energetischen Potenziale von Suffizienz im Bauen unter Verwendung technischer Interaktionsmöglichkeiten.

6 Das Konzept der raumsuffizienten Nachverdichtung von Blockrandstrukturen wird lediglich als eine mögliche Heran-gehensweise zur Umsetzung von Suffizienz fördernden Gestaltungen im Bestand und Neubau piktogrammatisch darge-legt und konzeptionell thematisiert. Eine vertiefende Machbarkeitsstudie dieses Ansatzes ist im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht erfolgt.

Abb. 73: Beispiele baustruktureller Lösungen zur innenräum-lichen Komfortoptimierung. Die hochtransparenten Pufferräume erzielen eine temporäre Erweiterung der Wohnräume in den Über-gangsphasen und erlauben durch den transparenten Pufferraum während der Heizperiode solare Erträge zu maximieren. Die Fotos zeigen Aufnahmen verglaster Loggien und Balkone in Nor-deuropa mit elementierten, regelbaren Glaselementen.

99 I


4. Energiesuffizienz durch Interaktion im (Wohn-)Gebäude

Der selektive Blick zur Interaktion im Wohnungsbau im Rahmen der hier vorliegenden exemplarischen Projektstudie dient zur allgemeinen Ab-schätzung, inwieweit intelligente Gebäudetechnik geeignet ist, die Dy-namik und Funktionalität eines Hauses so zu erweitern, dass eine ver-besserte beziehungsweise veränderte Energienutzung oder auch ein reduzierter Energiebedarf erreicht werden. Das während der Projektphase wiederkehrend kontrovers diskutierte Beispiel des Wäschetrockners ver-deutlicht, wie dieser veränderte Umgang mit Energie durch Interaktion zu verstehen ist. Während man einerseits hinsichtlich der Angemessenheit relativ schnell die Position bezieht, dass in den allermeisten Fällen das technische Gerät zu Gunsten einer passiven Trocknung im Raum oder auf Balkonen eingespart werden kann, ließen sich durch Einsatz eines Trock-ners diese Bereiche des Raums insbesondere in Wohngebäudetypen wie dem Geschosswohnungsbau mit begrenztem Wohnraumangebot anders nutzen. Spätestens jedoch, wenn der Trockner zudem gebäudetechnisch koordiniert in den Stunden des Tages mit Solarstromüberschüssen kli-maneutral betrieben werden kann, verschwimmt die eindeutige Haltung zum Verzicht auf den zusätzlichen technischen Service. Es ließen sich demzufolge die Raum- und Energiesuffizienz fördern, indem eine zusätzliche interaktionsfähige Technik eingesetzt wird. In ähnlicher Form, wie es das be-schriebene Beispiel zeigt, werden nachfolgend Vorteile gezielt eingesetzter, interaktionsfähiger Technik betrachtet, die dazu beitragen, Betriebsenergiebe-darfe und damit den Einsatz von Strom und Wärme im Gebäude und inner-halb der einzelnen Wohnung zu verbessern, zu reduzieren oder zu verändern.

4.1 Ergebnisse zum Umgang mit elektrischer Energie durch Gebäudeinteraktion

Die Verwendung von elektrischer Energie im Wohnungsbau ist geprägt von zwei Wohngebäudetyp- und Nutzergruppen-übergreifend geltenden Aspekten. Einerseits erzeugen konstant betriebene Haushaltsgeräte, wie Gefrier- oder Kühlschränke eine Grundlast7 im Haushalt, die planbar Be-rücksichtigung finden kann. Andererseits ergeben sich Individuallasten8 eines Haushalts als Lastspitzen und Lastbänder aus der aktiven Benut-zung von technischen Ausstattungen während des Tages in Abhängig-keit zu den individuellen Präsenz- und Anwesenheitszeiten der Bewohner. Während die Grundlast eine gute Planungssicherheit schafft, sind die auf-tretenden Individuallasten fluktuierend und stark abhängig von der Haus-haltsstruktur des jeweiligen Gebäudes oder der betrachteten Wohneinheit. Wenn man in diesem Zusammenhang die in der Anlage Anl-3 dargestell-ten Nutzerprofile mit deren Aussagen zur Anwesenheit der jeweiligen Be-wohnergruppe und der Nutzungsweise elektroenergetisch relevanter Ge-genstände eines Haushalts vergleicht, wird deutlich, welche Komplexität zur bedarfsgerechten Regelung elektroenergetischer Verbräuche sich mit steigender Anzahl an Haushalten innerhalb eines Gebäudes relativ schnell entwickeln kann. Dieser koordinative Aufwand wird zudem erhöht, wenn gleichzeitig der Ansatz verfolgt wird, die meist zeitlich verschoben und in unterschiedlicher Intensität auftretenden Nachfragen nach elektrischer Energie weitestgehend aus regenerativen Energiequellen zu speisen. Die-se Komplexität in der Verwendung von Energie im Gebäude zeichnet je-7 Grundlast: Die Grundlast beschreibt eine dauerhaft auftretende und daher planbare Aufwendung an Energie.8 Individuallast: Die individuallast stellt eine energetisch dynamische Variable im Betrieb von Gebäuden dar, da sie mit unter voraussehbar jedoch nicht gänzlich planbar ist. Die Last resultiert aus dem individuellen Verhalten der Nutzenden ab und kann in Abhängigkeit beispielsweise vom Tag, der Woche, der Tageszeit, klimatischer Bedingungen oder Stimmung der Nutzenden unterschiedlich ausfallen. Je genauer eine Individuallast prognostiziert werden kann, desto besser lassen sich diese in ein nachhaltiges Energiemanagement von Gebäuden einbinden.

Abb. 74: Beispiel technischer Lösungen einer gesteigerten innenräumlichen Interakti-onsfähigkeit von Gebäuden am Beispiel des futureHaus der Virginia Tech, USA als Gewinnerbeitrag zum Solar Decathlon Middle-East 2018.

I 100

doch vor dem Hintergrund der behandelten Thematik im Grunde die ide-altypische Anwendungsform angemessen berücksichtigter Intelligenz und Interaktionsfähigkeit von Gebäuden aus. Unter Verwendung der Möglich-keiten des maschinellen Lernens intelligenter Gebäude lassen sich unter-schiedliche Erwartungen und Abläufe eines Tages und Haushalts erfassen und mit zunehmender Nutzungsdauer potenziell vorausschauend ein-planen. Die objektiv abwägende Arbeitsweise eines interaktionsfähigen Gebäudes ist daher in der spezifischen Situation der subjektiven Ent-scheidungsfindung von Bewohnenden gegenüber überlegen. Dabei wird im Zusammenhang mit der vorausschauenden Planbarkeit von Strombe-darfen der Einsatz von elektrischen Speichertechnologien in Wohngebäu-den zusehends von Interesse sein. Regenerativ gewonnene Energieüber-schüsse werden dadurch netzunabhängig vorgehalten, um im Bedarfsfall nutzungsgerecht zur Deckung von Individuallasten herangezogen werden zu können. Die vorausschauenden, koordinierenden Eigenschaften eines interaktionsfähigen Gebäudes werden unter dem Begriff und der Interak-tionsform des „Credit Shift“9 zusammengefasst und behandelt.

Wenn zudem in Betracht gezogen wird, dass elektroenergetisch relevante Tätigkeiten und Services im Wohnalltag einerseits abhängig sind von der Anwesenheit der Bewohnenden (Präsenz-abhängige Individuallast) und andererseits teilweise erlauben, auch unabhängig davon zeitlich flexibel benutzt zu werden (Präsenz-unabhängige Individuallast), ergibt sich eine weitere, wesentliche technische Option, den Einsatz von Elektrizität im Gebäude zu beeinflussen und somit potenziell suffizienter zu gestalten. Das Verteilen von Präsenz unabhängigen Individuallasten über den Tag wird im Folgenden mit dem Begriff des „Demand Shift“10 beschrieben. Hersteller von Haushaltsgeräten bieten diese Funktion bereits heute in einer Vielzahl von sogenannten „Smart Devices“ an, die nach definierten Zeitplänen losgelöst von der aktiven Teilnahme der Bewohner betrieben werden. Waschgänge von Waschmaschinen oder das Reinigen von Wohn-räumen durch Serviceroboter werden dementsprechend bereits heutzu-tage energiebewusst in Phasen des Tages mit Solarstromüberschüssen gelegt. Die tageszeitliche Lastverschiebung erzielt dabei keinerlei Ein-schränkungen hinsichtlich des Komforts oder der Nutzung vorhandener Wohnräume. Gleichzeitig wird dadurch jedoch der Umgang mit elektri-scher Energie im Haushalt verändert und so letztlich ein angemessener Umgang gefördert. Das in der Vergangenheit händisch erfolgte Bestücken und Anstellen der Waschmaschine oder das Putzen der Wohnräume wer-den nunmehr durch technische Ausübung durch das Gebäude erreicht. Während einerseits dadurch weniger elektrische Energie aus dem Versor-gungsnetz zu beziehen ist, indem die Eigennutzungsrate der gebäudenah gewonnenen regenerativen Energie erhöht wird, führt die erweiterte Inter-aktionsfähigkeit gleichzeitig zu einer Komfortsteigerung, indem Alltagstä-tigkeiten automatisiert erledigt werden. Nun sind bisherige Anwendungen in diesem Bereich primär Lösungen für einzelne technische Geräte, wie die Waschmaschine oder die Spülmaschine. Erst durch die übergeord-nete, koordinierende Funktion einer Gebäudeintelligenz lassen sich diese Einzelanwendungen perspektivisch zur Optimierung beispielsweise des Eigennutzungsgrads gewinnbringend und dadurch Energiesuffizienz stei-gernd koordinieren.

Mit der Verwendung der zuvor beschriebenen Interaktionsformen kommt zusätzlich eine weitere Interaktionseigenschaft des Gebäudes automa-tisch mit zum Tragen. In den beiden beschriebenen Fällen muss das Ge-

9 Credit Shift: Verschieben energetischer Überschüsse10 Demand Shift: Verschieben energetischer Bedarfe

101 I


bäude parallel Kenntnis über die Anwesenheit und Abwesenheitszeiten der Bewohner haben (Presence Control11). In den nachfolgend dokumen-tierten Szenarien wird daher davon ausgegangen, dass das Gebäude über die Eigenschaft verfügt, durch Präsenzmelder und weitere sensorische Systeme sowie explizite Eingabemöglichkeiten der Bewohner Anwesen-heitszeiten nachvollziehen und mit zunehmender Nutzungszeit voraus-schauend berücksichtigen zu können. Die wachsenden Abhängigkeiten aus verfügbarer, regenerativ gewonnener und im Gebäude nachgefragter elektrischer Energie, insbesondere im Betrachtungsmaßstab des Gesamt-gebäudes mit zehn einzelnen Wohneinheiten lässt erwarten, dass syner-getische Effekte aus der Nutzung interaktionsfähiger Technik resultieren. In der weiteren Vertiefung zum Umgang mit elektrischer Energie wird sich dementsprechend auf die Betrachtung des Gesamtgebäudes konzen-triert. Potenzielle Suffizienz fördernde Aspekte hinsichtlich des Einsatzes elektrischer Energie für die einzelne Wohneinheit werden, sofern sich die-se nachvollziehbar ergeben, an entsprechender Stelle benannt, jedoch im Rahmen der Arbeit nicht im Detail differenziert behandelt.

Der betrachtete Geschosswohnungsbau in innerstädtischer Lage in Frank-furt am Main stellt mit zehn Wohneinheiten und sechs unterschiedlichen Haushaltsformen in diesem Zusammenhang eine handhabbare Größe dar. Es werden entsprechend je Bewohnergruppe die in Anlage Anl-4, 4.2.1 als elektroenergetisch relevant aufgeführten Ausstattungsgegenstände angenommen. Die Untersuchung erfolgt zur realitätsnahen Abbildung des Stromverbrauchs aufgrund der häufig sehr unmittelbaren und teilweise sehr kurzweilig auftretenden Lastspitzen, indem einzelne Tagesabläufe in Form von Typtagen12 (Werktag (WKT), Wochenendtag (WET)) mit einer zeitlichen Auflösung im Viertelstundentakt betrachtet werden. Die Simu-lation der elektrischen Energiebedarfe wird differenziert nach Nutzergrup-pe gemäß der in Anlage Anl-3 dokumentierten Nutzungs- und Anwesen-heitsprofile für einen typischen Werktag sowie einen typischen Tag am Wochenende durchgeführt. In der Kombination der Einzeltage ergeben sich die entsprechenden Wochenprofile, die wiederum anhand der spezi-11 Presence Control: Erlernen und Verfeinern von Anwesenheitsprofilen12 Typtage je Nutzergruppe: Zur Vereinfachung der Abbildung elektroenergetischer Bedarfen von Haushaltsformen sind Tageslastgänge als typische Nutzungsprofile jeweils für einen Werktag (WKT; Montag-Freitag) und einen Wochenendtag (WET; Samstag-Sonntag) den Berechnungen von Strombedarfen zugrunde gelegt worden. Eine differenzierte Darstellung der Anwesenheits- und Nutzungsprofile je Nutzergruppe findet sich in Anlage „Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen“

Abb. 75: Auszug der Ergebnisse des Forschungsprojektes benefit E2 zu Gebäudetyp abhängigen Betrachtung von geeigneten An-teilen der Hüllfläche zur Solarenergienutzung. Die Grafiken zeigen die als „Solarer Fingerabdruck“ bezeichneten typischen und theoretisch nutzbaren Flächenpotenziale zur solaraktiven Energiegewinnung der Gebäudehüllflächen in hofförmig or-ganisierten Gebäuden, dargestellt unterteilt nach Dach- und Fassadenflächen und der Betrachtung des Gesamtgebäudes. Der Zusatz RED2 bezeichnet, dass in den abgebildeten Diagrammen prozentuale Anteile für Fremdverschattungen und strahlungs-mindernde Einflüsse durch Umgebungen und untergeordnete Bauteile berücksichtigt wurden. (1) Typische Anteile solar exponierter Dachflächen hofförmiger Gebäude; (2) Typische Anteile solar exponierter Wandflächen hofförmiger Gebäude; (3) typische Anteile solar exponierter Hüllflächen (gesamt) hofförmiger Gebäude.

(1) Solarer Fingerabdruck Dachflächen RED 2

I 86

2893,97

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

182,10

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

3046,28

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

100,92

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

50 - 75 %

50 - 75 %

75 - 100 %

75 - 100 %

81,1%; 75,0%

87,6%; 50,0%

25,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

95,8%; 75,0%

0,0%; 50,0%

25,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Quelle: Eigene Darstellung

Flächenanteil exponierter und hoch exponierter Flächen zu NBL [m²/ha] RED 0Quelle: Eigene Darstellung

Abb. 66: Beispiel unterschiedlicher Strahlungssituationen

GebäudenQuelle: Eigene Darstellung



4.6.2. Strahlungspotenziale der

Theoretisches Strahlungspotenzial (RED 0)

an der gesamten Gebäudehülle weisen im

förmiger Gebäude hoch exponierten Strah-lungswerten von über 750 kWh/(qm*a) auf. Das bedeutet, dass es nur geringfügige Eigenverschattungen durch Baukörperglie-derungen oder Höhenversprünge in den

pro Hektar 3046 Quadratmeter hoch expo-

von 50% aller Testgebäude (1. bis 3 Quartil) verläuft dabei jedoch zwischen 2617 und 4320 Quadratmetern.

Bei näherer Betrachtung der Strahlungs-

innerhalb des Feldes untersuchter Testge-bäude erkennen. Das bedeutet, dass in Be-standssituationen im Einzelfall doch strah-

sind. Hier ist eine dezidierte Einzelbetrach-tung notwendig.

Reales Strahlungspotenzial (RED 2)Bei der Berücksichtigung von Fremdver-schattung und Abminderung durch un-tergeordnete Bauteile reduziert sich der

81%. Insgesamt wirkt sich diese Art von Veschattung eher in den ohnehin strah-lungsreduzierten Bereichen aus. Die hoch-

auf insgesamt 2894 Quadratmeter Dach-

ist eine größere Spreizung der Einzelwerte zu beobachten. 50% aller Testgebäude ha-ben zwischen 2123 bis 3608 Quadratmeter

87 I

Typologiebezogene Solarstrahlungspotenziale (Teil 3) I

2346,56

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

4451,89

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

50 - 75 %

50 - 75 %

0,00

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

75 - 100 %

0,00

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

75 - 100 %

0,0%; 75,0%

37,1%; 50,0%

25,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0,0%; 75,0%

23,3%; 50,0%

25,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%





Abb. 67: Beispiel unterschiedlicher Strahlungssituationen

GebäudenQuelle: Eigene Darstellung

4.6.3. Strahlungspotenziale der

Theoretisches Strahlungspotenzial (RED 0)

de weisen ein theoretisches Potenzial von

lungswerten von 500 bis 750 kWh/(qm*a) auf. Der weitaus größere Teil von 63% der

ner untersuchter Testgebäude recht groß

sich 4452 Quadratmeter exponierte Fassa-

1. und 3. Quartil reicht von 3816 bis 6096 Quadratmeter.

Reales Strahlungspotenzial (RED 2)Fremdverschattung durch umliegende Baukörper sowie weitere strahlungsredu-zierende untergeordnete Bauteile mindern den realen Strahlungsertrag von Fassaden

im Median mit einer Strahlung von 500 bis 750 kWh/(qm*a) versehen. 25% der Fas-saden sind im Strahlungsertrag mit spe-

(qm*a) zudem stark reduziert. Bezogen auf

bäude circa 2347 Quadratmeter exponierte

und 750 kWh/(qm*a) auf. Die Streuung zwi-schen 1. und 3. Quartil erstreckt sich von 608 bis 4107 Quadratmetern.

Insgesamt führt die Streuung innerhalb der untersuchten Testgebäude zu stärker

Strahlungswerten. Somit ist bei der Be-stimmung zu erwartender Potenziale eine genauere Einzelfallbetrachtung notwendig.

(2) Solarer Fingerabdruck Fassadenflächen RED 2

I 88

4.6.4. Strahlungspotenziale der Gebäudehülle

Theoretisches Strahlungspotenzial (RED 0)In der zusammenfassenden Betrachtung

werden im Median 24% aller Flächen mit einem theoretischen Strahlungspotenzial

und weisen einen Strahlungsertrag von 500 bis 750 kWh/(qm*a) auf. Bezogen auf das

Quadratmeter hoch exponierte und 5243

der. Wie bereits bei der Einzelbetrachtung

nannt, weisen die Ergebnisse eine stärkere Spreizung auf. In der Nettobaulandbetrach-

zierten hochexponierten Flächen in einem Bereich von 2610 bis 4223 Quadratmeter

sich in einem Bereich von 3847 bis 6746 Quadratmeter.

4.6.5. Reales Strahlungspotenzial (RED 2)

bung und durch untergeordnete Bauteile wirken sich verstärkt in den weniger ex-ponierten Bereichen aus. Unter Betrach-

hochexponierte und weitere 21% expo-nierte Flächen wieder. Dies entspricht im Median einer Fläche von 2681 Quadrat-meter hochexponierter und 3185 Quadrat-

Nettobauland. 50% der hochexponierten Flächen ordnen sich dabei in einem Bereich von 2091 bis 3573 Quadratmeter an. Der Bereich der exponierten 50% verläuft von 1471 bis 4673 Quadratmeter.

2681,45

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

3184,96

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

2974,21

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

5243,30

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

50 - 75 %

75 - 100 %

50 - 75 %

75 - 100 %

Abb. 68:Beispiele von Strahlungssituationen auf BaukörpernQuelle: Eigene Darstellung

Solarer Fingerabdruck der gesamten Gebäudehülle RED0Quelle: Eigene Darstellung


Solarer Fingerabdruck der gesamten Gebäudehülle RED 2Quelle: Eigene Darstellung


18,3%; 75,0%

39,4%; 50,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

23,7%; 75,0%

54,0%; 50,0%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

(3) Solarer Fingerabdruck Gebäudehülle gesamt RED 2

I 102

fischen Verteilung von Werktagen und Wochenendtagen im Betrachtungs-jahr 2019 das zugehörige theoretische Jahresprofil abbilden lassen. Eine differenzierte Betrachtung von Werk- und Wochenendtagen abhängig von der Jahreszeit erfolgte nicht. Die entwickelten Typtage werden stattdes-sen aufgrund der erwarteten ähnlichen Verhaltensweisen ganzjährig ange-wendet. Lediglich der Einsatz der Innenraumbeleuchtungen wird abhängig zur Jahreszeit und zu Tag- und Stunden-spezifischen Helligkeiten angepasst und entsprechend in die Gesamtbilanzen einbezogen. Das Ein- und Ausschal-ten der Innenraumbeleuchtung ist dabei aufbauend auf denen in Anlage Anl-4 Abschnitt 4.2.2 definierten erwarteten Beleuchtungsstärken je Raumnutzung, und in den Szenarien mit interaktionsfähigen Eigenschaften des Gebäudes gekoppelt an die Regelung des außenliegenden Sonnenschutzes. In Abhän-gigkeit zum Eintrag solarer Gewinne durch die transparenten Bauteile und der prognostizierten Entwicklung der Innenraumtemperatur beeinflussen sich der außenliegende Sonnenschutz und die Innenraumbeleuchtung gegenseitig. Zu Gunsten eines optimierten Temperaturverhaltens im Innenraum wurde prio-risierend in Kauf genommen, dass das Gebäude in spezifischen Situationen die Verschattung herunterfährt und gleichzeitig die Beleuchtung im Innenraum anschaltet, obwohl die Helligkeit im Außenbereich ausreichen würde, den In-nenraum auszuleuchten. Prinzipiell wirkt dieses Gebäudeverhalten im Kontext von Wohngebäuden noch befremdlich und lässt subjektiv betrachtet das Ge-fühl von Komfortverlust erahnen. Wenn man in diesem Zusammenhang im Vergleich jedoch den gängigen Einsatz dieses Prinzips im Umgang mit Büro- und Verwaltungsgebäude betrachtet, zeigt sich, dass zur Optimierung der en-ergetischen Suffizienz im Wohnungsbau solche Überlegungen durchaus eine adäquate technische Anwendung darstellen könnten.

UmsetzungAufbauend auf dem Szenario der Ausgangslage als Bestandssituation des in Abb. 66 gezeigten 5-geschossigen Mittelhauses in geschlossener Blockrandbebauung werden bei gleichbleibender heterogener Bewohner-struktur die einführend benannten zwei Interaktionsformen im Hinblick auf den suffizienten Umgang mit elektrischer Energie betrachtet:

• Ausgangsszenario (BST)• Demand Shift (ds)• Credit Shift (cs)

Allen Szenarios liegt die Annahme zugrunde, dass zur Untersuchung wechselseitiger Interaktionsmöglichkeiten und zum Vergleich zwischen der Bestandssituation und den betrachteten Interaktionsszenarios, das Gebäude über die Möglichkeit verfügt, regenerativ gewonnene elektrische Energie zu nutzen. Hierzu wird in den Szenarios die nach Süden orientierte, hofseitige Dachfläche des Gebäudes zu 50 Prozent mit Photovoltaik be-legt angenommen (Dachneigung: 44,7°, solaraktive Fläche: 47 qm). In al-len Szenarios verfügt das Gebäude demnach über die intermediäre sowie externe Interaktionsmöglichkeit, am Dach gewonnenen Solarstrom unmit-telbar und mittelbar zu nutzen (Interaktion 1. Ordnung) beziehungsweise potenziell ungenutzt ins öffentliche Verteilnetz einzuspeisen (Interaktion 3. Ordnung). Die externe Interaktionsfunktion wird aufgrund vorab benannter Gründe im weiteren Verlauf nicht weiter vertieft. Es wird vielmehr der im Gebäude genutzte Anteil des Solarstroms hinsichtlich der Sinnhaftigkeit angewandter Gebäudeinteraktion betrachtet. Der angenommene Anteil an solaraktiver Dachfläche wurde, um eine realitätsnahe Annahme für den vorliegenden Gebäudetyp zu treffen, aufbauend auf den Ergebnissen der Forschungsprojekte benefit E2 (Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)) und benefit E1 (Hegger, Drebes, Fafflok et al. (2015)) gewählt. Neben Hemmnissen,

103 I


die bei der Gewinnung von Solarenergie im Umfeld von Gebäuden bestehen, berücksichtigen die Ergebnisse der Forschungsarbeit insbesondere gebäu-detypologische Abhängigkeiten zur bauwerksnahen Solarenergiegewinnung. Den Forschungsergebnissen folgend, sind demnach rund 40 % der gesamt-en Hüllflächen eines in hofförmiger, innerstädtischer Blockrandbebauung re-alisierten Gebäudes geeignet zur Gewinnung elektrischer oder thermischer Energie aus Solarstrahlung. Auf Grund der üblicherweise vorhandenen, relativ hohen baulichen Dichte hofförmiger Gebäudestrukturen resultiert dieser Wert nach Abzug von Verschattungseffekten aus Begrünungen, Nachbarschaften, sowie untergeordneten An- und Aufbauten zu 80 % aus solar exponierten und solar hoch exponierten13 Flächen im Dach. Die Fassadenflächen zeigen hingegen lediglich bei 20 % der Fläche laut der Studie ähnlich hohe Einstrah-lungswerte (vgl. Abb. 75).

Die getroffene Annahme, von 50 % der südorientierten Dachfläche mit Photovoltaik auszugehen, stellt daher einen relativ moderat gewählten Anteil solar-aktiver Fläche dar. Der demzufolge gewonnene Solarstrom bildet unter Berücksichtigung der regionalen Strahlungswerte und vor-handener bautypologischer Reduktionsfaktoren in zeitlicher Verfügbarkeit und Energiemenge die Grundlage in den jeweiligen Szenarien, den Einsatz von Elektrizität flexibel gestalten zu können. Zur weiteren Verfeinerung des Umgangs mit gebäudenah gewonnenem Solarstrom kommen alter-nativ zwei Generationen an Photovoltaik zum Tragen. Die angesetzten Varianten unterscheiden sich im Wirkungsgrad14, und zwar indem einmal moderate 17 % und einmal 8 % Umwandlungsrate der Solarstrahlung in nutzbare elektrische Energie angesetzt wurden.

AusgangsszenarioDie Diagramme und Tabellenwerte in Abb. 76 bilden die Strombedarfe der Ausgangslage in dem betrachteten Geschosswohnungsbau für einen typischen Werktag (WKT) und Wochenendtag (WET) ab. Es ist ersicht-lich, wie sich die elektrischen Energiebedarfe während der unterschied-lichen Tagesgänge zeitlich verteilen und konzentrieren. Der hohe Anteil an berufstätigen Personen und die daraus resultierenden langen Ab-wesenheitszeiten bewirken beispielsweise einen deutlichen Anstieg der Nachfrage nach elektrischer Energie an Werktagen insbesondere in den Morgen- und Abendstunden. Zusätzlich dominieren kurzzeitig auftretende Spitzenlasten die Mittagsstunden, was auf eine vermehrte Nutzung energiein-tensiver, elektrischer Geräte, wie Elektroherde, zurückzuführen ist. Im Ver-gleich der einzelnen Typtage untereinander wird deutlich – erneut begründet in der überwiegenden Anzahl an berufstätigen Bewohnern – dass der Bedarf an elektrischer Energie zum Wochenende deutlich zunimmt. An diesen Ta-gen sind die Bewohner tendenziell häufiger zu Hause und es werden häufiger energieintensive Haushaltsgeräte, wie Küchengeräte, Wasch- oder Spülma-schinen, sowie Ausstattungsgegenstände zur individuellen Unterhaltung, In-formation und Kommunikation benutzt. Im Zusammenhang mit mobilen End-geräten der Informations- und Kommunikationstechnik, wie Laptops, Tablets oder Smartphones, sei an dieser Stelle ergänzend erwähnt, dass im Rahmen der Modellierung der einzelnen Nutzungsprofile Ladeprozesse dieser Geräte während der Nachtstunden angenommen wurden. Die Verwendung dieser Geräte generiert daher im Regelfall keine energetischen Bedarfe während der Nutzungsphasen des Tages, sondern lediglich während der Nacht (vgl. Anlage „Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen“).

13 Solare (hohe) Exposition: Der im Rahmen der Forschungsarbeit geprägte Begriff der solaren Exposition und solar hohen Exposition dient als Gradmesser der Ausrichtung und Einbausituation von Hüllbauteilen von Gebäuden in Bezug zur maximal möglichen Einstrahlung ortsspezifischer Solarstrahlung.14 Die Wirkungsgrade orientieren sich an Polykristalliner und Organischer Photovoltaik mit angenommenen Systemwir-kungsgraden von 17% und 8%.

I 104

SuI-interactivebuildingsufficiencybestand ist-situation der nutzung von elektrizität im tagesverlauf

600

500

geräte (gesamt, pauschal, a.g. statistischer bedarfe)

solarenergieertrag (elektrisch, Wirkungsgrad PV 8%)solarenergieertrag (elektrisch, Wirkungsgrad PV 17%)

*1 Strombedarf in kWh a.G. der in der Anlage beschriebenen typischen Strombedarfe von Haushaltsgeräten je Haushaltsform*2 Strombedarf in kWh auf Grundlage statisitischer Bedarfe betrachteter Personengruppen,(Statistisches Bundesamt (Hrsg.) (2019))

300

400

700

800

900

1000 [W]

0

100

200

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

600

500

300

400

700

800

900

1000 [W]

0

100

200

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

haushaltsgeräte allg. (zeitabhängig)haushaltsgeräte sanitär (zeitunabhängig)haushaltsgeräte küche (zeitunabhängig)haushaltsgeräte allg. (zeitunabhängig)

Sommer

Winter

Median

bestand GE wochenende

energieertrag (elektrisch, wirk pv 17%)

sommer

winter

frühjahr

herbst

740.547,26

125.064,86

552.456,8760%

302.256,0043% 43%

46.430,4966% 66% 66%

26% 20% 25%

61% 59%

42%

energiebedarf (elek.) werktag(WKT)

wochenendtag(WET) [Wh]

woche

a.G. SuI-Profil 20.198,12 35.986,44 172.963,47a.G. stat. Werte

jahresbedarf[kWh]

8.994,1057.654,47 57.654,47 403.581,26 20.986,23

7.841,26

34.637,69

18.950,71

26.232,37

6.596,08

230%81%

-12.356,8639%14%

14.439,57171%

60%-1.247,41

94%33%

10.444,05129%

81%

-28.145,1822%14%

-1348,75 96%60%

-17.035,7353%33%

152.049,98

14.595,92

188%81% 23% 41% 28%

-118.074,6532%14% 9% 13% 10%

69.500,35140%

60% 21% 37% 26%

-40.308,5177%33% 15% 27% 18%

13.399,90

5.337,84

12.232,18

8.576,28

23.768,59 114.536,68

7.318,33 41.325,88

21.238,52 103.637,95

15.356,31 73.594,01

energieertrag (elektrisch, wirk. pv 8%)globalstr.

(horizontal)werktag(WKT)

wochenendtag(WET)

werktag(WKT)

wochenendtag(WET)

verhältnis ertrag zur nachfrage:summewoche

werktag(WKT)

wochenendtag(WET)

summewoche

sommer

winter

frühjahr

herbst

[Wh/dhorizGE-Fl]

740.547,26

[Wh/dsol.aktiv Fl]

[Wh/dsol.aktiv Fl]

[Wh/dsol.aktiv Fl] [Wh/dGE]

125.064,86

552.456,8745%

302.256,0024% 29%

21.849,6457% 48%

38%

17% 10% 15%

47% 40%

31%

3.690,00

16.300,09

8.917,98

1.651,53108%

38%

-16.508,11 18%

6%

-3.898,03 81%28%

-11.280,14 44%15%

-14.136,7961%38%

-32.296,4310%

6%

-19.686,3545%28%

-27.068,4625%15%

hinweis: (überschüsse (+) und unterdeckungen (-))

-20.015,96 88%38% 20% 30%

16%

-147.133,4415%

6% 6% 6% 6%

-58.862,8566%28% 16% 25% 19%

-110.537,6036%15% 11% 15% 12%

11.428,43

3.357,99

9.465,02

6.222,27

17.286,48

63.408,53

3.647,03 24.084,02

median 427.356,4440% 32%

54%

a.G. SuI-Profil

a.G. stat. Werte

12.609,03 -7.589,08 62%22%

-23.377,4035%22%

-84.700,2351%22% 14% 20%

23%

8.061,16 11.551,37

[Wh/dhorizGE-Fl] [Wh/dsol.aktiv Fl] [Wh/dGE]

54%23%

92.960,68median 427.356,4454% 53%a.G. SuI-Profil

a.G. stat. Werte

26794,20133%

46%

-9.192,2474%46%

108%46% 19% 33%

10.997,01 18.987,81

91.715,10

14.230,83 75.786,74

8.521,49 48.154,34

ømöglicher

eigennutzungsgrad prowoche

(PVwirk 17%)

a.G. SuI-Profil

58%WKT:44%WET:72%

ømöglicher

eigennutzungsgrad prowoche

(PVwirk 8%)

a.G. SuI-Profil

79%WKT:68%WET:90%

strombedarf [kWh]

100%35,98*1 (57,65)*2

strombedarf [kWh]

100%20,19*1 (57,65)*2bestand GE werktag

genutzte regen. energiesolare deckungsrate:

Sommer

Winter

Median

Abb. 76: Bestandssituation zur Ver-teilung elektrisch-relevanter Serviceanwendungen und Intensität der Nutzung von Elektrizität im Tagesverlauf des Gesamtgebäudes in Frankfurt am Main. Diffe-renziert nach den Typtagen WKT und WET. Die grafische Darstellung zeigt auf Grundlage der entwickelten Nutzergrup-penprofile die tageszeitliche Verteilung elektro-energe-tischer Bedarfe resultierend aus der zeitlichen Verwen-dung energierelevanter Ausstattungen. Gegenüber-gestellt werden die Bedarfe den Erträgen an Solarstrom aus Photovoltaik bei einer 50% Belegung der südori-entierten Dachfläche und Wirkungsgraden (WKG) von 8% (organisch) bzw. 17% (polykristallin).

105 I


Die in weiß dargestellten Flächen der Diagramme in Abb. 76 fassen alle Strombedarf induzierende Gerätenutzungen zusammen, die eine Anwe-senheit, und in der Regel auch eine explizite Nutzungsweise, der Be-wohnenden voraussetzt. Darunter finden sich Anwendungen, wie die Verwendung von Multimedia-Systemen oder Elektroherden. Die farbig dargestellten, und durch räumliche Zuteilung in Gruppen zusammenge-fassten, Anteile hingegen haben keine Präsenz-bedingte, tageszeitlich definierte Betriebszeit. Während tageszeitabhängige, energierelevante Anwendungen Lastspitzen teilweise diametral zum verfügbaren Angebot an Solarstrom bieten, weisen die Services mit tageszeitlich unabhängiger Verwendungsmöglichkeit bereits in der Ausgangssituation eine energe-tisch relativ vorteilhafte Verteilung im Tagesgang auf. Es ergibt sich so-mit eine vergleichsweise gute Vereinbarkeit von verfügbarem Solarstrom mit den bestehenden Bedarfen innerhalb des Gebäudes (Abb. 76 als rote und orange Linien dargestellt), ohne dass weiterführende interaktionsför-dernde Technologien zum Einsatz kommen. Dementsprechend lässt das nachfolgende Szenario des „Demand Shift“, bei dem eine Optimierung des Energieeinsatzes durch das Verschieben von Tageszeit-unabhängi-gen Verbrauchern betrachtet wird, nur moderate Verbesserungen der En-ergiesuffizienz erwarten.

Das Ausgangsszenario erreicht somit zusammenfassend betrachtet in Abhängigkeit zum jeweiligen Wirkungsgrad eingesetzter Photovoltaik im Jahresdurchschnitt eine Eigennutzungsrate gewonnenen Solarstroms von 58 bis 79 %. Forschungen, wie beispielsweise die Studie der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (Weniger, Bergner, Tjaden et al. (2015)) oder das bereits erwähnte Forschungsprojekt benefit E der TU Darmstadt (Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)), haben mit Werten zwischen 50 bis 60 % ähnliche Eigennutzungsanteile als typisch ermittelt. Das unter-suchte Gebäude bestätigt demnach insbesondere unter Einsatz der effizi-enteren Photovoltaikgeneration mit einem Wirkungsgrad von 17 % diese

Abb. 77: Übersicht der angewende-ten Interaktionsmöglich-keiten des Gebäudes zur Beeinflussung des Energie-haushalts für den Bereich Strom im Wohnungsbau.

Prognose & Koordi-nationAbwägung von Angebot und Nachfrage; mittels gebäude-eigener Erfah-rungswerte (dynamische Datenbanken), Sensorik und vernetzter Haus-technik Wetterprogno-sen, Energieerträge und Bedarfe prognostizie-rend in Energiehaushalt einbinden.

NutzerkenntnisMaschinelles Lernen des Gebäudes von Nut-zungserwartungen und Nutzungsphasen über Schnittstellen und Be-dienelemente zur Inter-aktion

BeleuchtungIn Abhängigkeit zur Anwesenheit, Tätigkeit und Ta-geszeit Regelung der Beleuchtung; tageszeitlich variierende Lichtstimmungen je Raum und Nutzung nach dem Prinzip des Human Centric Lighting (HCL) angedacht, aufgrund hoher Lichtausbeute gewählter Leuchtmittel (LED, 180lm/W) jedoch energetisch-bi-lanziell unberücksichtigt

Raumnutzung A

Raumnutzung C

Raumnutzung BR2R1

R3

ITKTET

I 106

Abb. 78: Demand Shift. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur Verschiebung tages-zeitlich unabhängiger Energiebedarfe zu Gunsten der Erhöhung des Eigen-nutzungsgrades gebäu-debezogen, gewonnenen Solarstroms.

Abb. 79: Credit Shift. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur zeitlich versetzten Verwendung von Über-schüssen an Solarstrom zur Deckung prognostizierter Lastspitzen in Phasen des Tages mit elektro-energe-tischer Unterdeckung.

Ergebnisse. Der Eigennutzungsgrad liegt unter Verwendung der Photo-voltaikgeneration mit niedrigerem Wirkungsgrad hingegen höher, während die berücksichtigte solaraktive Fläche gleichbleibt. Die Verhaltensweisen der Hausgemeinschaft führen insbesondere an Wochenendtagen durch Lastspitzen während der Sonnenstunden zu förderlichen Rahmenbedin-gungen, um den Solarstrom unmittelbar zu nutzen. Der Anwendungsfall zeigt, dass projektbedingt die Auswahl der richtigen Photovoltaik nicht nur vom Wirkungsgrad abhängt, sondern gleichzeitig die Nutzungsweise des vorliegenden Gebäudes zur Verbesserung des Eigennutzungsgrads zu berücksichtigen ist. Andererseits belegen die Ergebnisse der Ausgangs-lage, dass aus dem Grad der Eigennutzung kein direkter Rückschluss auf den techniksuffizienten Einsatz der verwendeten Photovoltaik im Bezug zur Nutzung abgeleitet werden kann. Im betrachteten Fall werden trotz des vergleichsweise hohen Eigennutzungsgrades in Abb. 76 bei einer Photovoltaik mit einem WKG von 8 % in den Wintermonaten dadurch nur geringe 10 bis 17 % der bestehenden Bedarfe solar gedeckt. Dies lässt für den vorliegenden Fall den Rückschluss zu, dass die gewählte Größe an solaraktiver Fläche für den Winterfall des betrachteten Gebäudes nicht hinreichend optimal ausgelegt wurde. In einem weiteren Optimierungs-schritt des Energiehaushaltes wäre diese Fläche daher anzupassen.

In beiden Varianten des Ausgangsszenarios hat sich gezeigt, dass noch wesentliche Anteile an gewonnenem Solarstrom ungenutzt ins Versor-gungsnetz abgegeben werden. Unter Zuhilfenahme von intelligenter Ge-bäudetechnik, die es ermöglicht das Energiemanagement in Abhängigkeit zum Energieangebot und der Nachfrage zu koordinieren, wird daher im weiteren Verlauf untersucht, den Nutzungsgrad des gewonnenen Solar-stroms weiter zu steigern. Es wird sowohl bei der Interaktionsform des Demand Shift, wie auch der Anwendung des Credit Shift erwartet, die Abstimmung zwischen Energiebedarf und solar-energetischem Ertrag im Gebäude verbessern zu können.

Mittag

funktiondemand shift

Morgen

solar-optimierte Verschie-bung von

LastspitzenAbend

Mittag

funktioncredit shift

Morgen

Zeitliche Verteilung energetischer über-

schüsse

Abend

107 I


Demand Shift (ds) Das Szenario des Demand Shift setzt voraus, dass interaktionsfähige Ge-bäude eigenständig auf Grundlage vorhandener Erfahrungswerte oder vordefinierter Abläufe den Betrieb Demand-shift-fähiger Haushaltsge-räte im Tagesverlauf koordinieren. Das Interaktionsszenario untersucht dementsprechend, welche Energiesuffizienz fördernden Eigenschaften sich aus der tageszeitlichen Verlagerung alltäglich genutzter und, von der Präsenz der Bewohner unabhängiger, Haushaltsservices entwickeln lassen, um den Eigennutzungsgrad gewonnenen Solarstroms weiter zu erhöhen. Zur Eingrenzung der Variablen hinsichtlich potenzieller Lastver-schiebungen wird sich im Rahmen der Arbeit auf die Anpassung der Be-triebszeiten während eines einzelnen Typtags (Werktag, Wochenendtag) begrenzt. Eine wochenweise Betrachtung wäre hingegen aufgrund der unterschiedlichen Nutzungsweisen und Nutzungszeiten der Wohnräu-me und Ausstattungen an Werktagen und Wochenendtagen in weiterge-henden Studien durchaus sinnvoll.

Das konfigurierte Gebäudeverhalten im Rahmen des Demand Shift Szenarios orientiert sich grundlegend an den in Kapitel Kap. VI, Absatz 2 benannten An-sätzen des „Demand Side Management, Laststeuerung“ und dem Konzept der „Gemeinschaftlichen Nutzung Gebäude-geregelter Ausstattungen“. Es wird von einem zentralen, gemeinschaftlich genutzten Serviceraum mit Ge-bäude-geregelten Ausstattungen, wie Waschmaschinen und Wäschetrock-nern ausgegangen, die theoretisch ganztägig durch das Gebäude bestückt und betrieben werden. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die erwei-terte Interaktionsfähigkeit des Gebäudes es diesem erlaubt, in Abhängigkeit zum Angebot an Solarstrom und den bekannten An- und Abwesenheitszeiten der Bewohner, über den Tag verteilt, den Betrieb der Haushaltsgeräte eigen-ständig zu koordinieren. Das Gebäude regelt dabei gleichzeitig den Betrieb der weiterhin je Wohneinheit vorgesehenen Präsenz-unabhängigen Ausstat-tungen, wie Spülmaschinen und Staubsaugroboter. In dem Szenario wird zugrunde gelegt, dass die Bewohner des Hauses alle über Serviceroboter verfügen, die losgelöst von den Bewohnern eigenständig Arbeiten wie das Staubsagen verrichten können. Zu Gunsten eines optimierten Eigennutzungs-grades des gewonnenen Solarstroms plant das Gebäude den tageszeitlichen Ablauf der unterschiedlichen Betriebszeiten aller beschriebenen zentral und dezentral vorhandenen Geräte des Hauses. Es wurde dabei zur möglichst realitätsnahen Abbildung der Abhängigkeiten aus dem tageszeitlich verfüg-baren Energieangebot und der bestehenden Nachfrage im Rahmen des ent-wickelten IBS-Bewertungsmodells darauf Wert gelegt, dass über hinterlegte Grundparameter der Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Mindestlaufzeiten oder Strombedarfe je Nutzungsphase, eine Anwendung nur abläuft, wenn zu erwarten ist, ausreichend Solarstrom verfügbar zu haben. Ein Waschvor-gang der Waschmaschine mit einer angesetzten Betriebszeit von einer Stunde fünfzehn Minuten erfolgt in dem betrachteten Szenario demzufolge nur dann, wenn für die vorgesehene Zeit ein ausreichendes Solarstrahlungspotenzial am Gebäude prognostiziert wird, um den Strombedarf des Services parallel zu den weiteren, bereits ablaufenden Haushaltsservices abdecken zu können. Das Gebäude teilt in dem Szenario automatisiert und auf Basis der, in den Typtag-Nutzerprofilen definierten Anzahl an gewünschten Wasch- und Trock-nungsvorgängen sowie Spülmaschinenlaufzeiten und Staubsaugtätigkeiten der Roboter, entsprechend den Tagesablauf ein, sodass eine optimierte Ei-gennutzung des gewonnenen Solarstroms erreicht wird.

Erst wenn das Angebot regenerativ gewonnenen Stroms erschöpft ist, bezieht das Gebäude während des Tages den ausstehenden Anteil an elektrischer Energie aus dem öffentlichen Stromnetz. Diese Situation zeigt

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



Abb. 80: Schematische Darstellung der Gebäude-KI gestützten Anwendung zur tageszeit-lichen Lastverschiebung bei Bewohnerpräsenz unabhängigen Servicean-geboten - Demand Shift. (1) dezentral, privat (2) zentral, gemeinschaftlich.

dezentrale Organisation der Servicetechnik

zentrale Organisation der Servicetechnik

GEBKI

KGI

(1)

dezentrale Organisation der Servicetechnik

zentrale Organisation der Servicetechnik

GEBKI

KGI

(2)

I 108

Demand Shift (Median des Jahres)SuI-interactivebuildingsufficiency

solarenergieertrag (elektrisch,8%)haushaltsgeräte allg. (zeitabhängig)haushaltsgeräte sanitär (zeitunabhängig)haushaltsgeräte küche (zeitunabhängig)haushaltsgeräte allg. (zeitunabhängig)

energiebilanz demand shiftüberdeckung / unterdeckung

haushaltsgeräte (energiebedarf elek., ges.)

50

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500

[W]

0

500 [W]

0

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

150

200

250

350

400

450

300

100

50

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500

[W]

0

500 [W]

0

150

200

250

350

400

450

300

100

50

Sommer

Sommer

Sommer

Winter

Winter

Winter

Median

Median

Median

Sommer

Winter

Median

sommer

winter

frühjahr

herbst

wochenendtag(WET)


werktag (WKT)

woche

energiebedarf (elektrisch)werktag(WKT)

[Wh]

[Wh]

wochenendtag (WET)

20.198,12 35.986,44 172.963,47

woche

ø eigen

nutzungsgrad

(PVwirk 8%) mit

demand shift a.G. SuI-Profil

81%WKT71%

WET91%

10.796,47 17.072,29 88.126,92

53% 47% 52%

median 8.525,86 12.609,03 67.847,39

42% 35% 40%

3.690,00 3.690,00 25.830,0319% 13% 17%

9.485,87 14.294,71 76.018,7647% 40% 45%

6.634,86 8.917,98 51.010,2833% 27% 31%

(58%) (61%) (59%)

(52%) (51%) (52%)

(29%) (24%) (28%)

(55%) (55%) (55%)

(45%) (41%) (44%)

(58%)

(45%)

(70%)

nutzung regenerativen energieertrag (elektrisch, wirk. pv 8%)(elektrisch, wirk. pv 17%)

nutzungsgerechte lastverschiebung (demand shift) GE wochenende

nutzungsgerechte lastverschiebung (demand shift) GE werktag

WKT: 49%

WET: 78%

WKT: 100%

WET: 100%

WKT: 58%WET: 88%

WKT: 74%WET: 100%

eigennutzungsgrad:(eigen-ng)

Abb. 81: Demand Shift. Unter Anwendung gezielter Gebäudeintelligenz zur ta-geszeitlichen Verschiebung zeitunabhängiger Verwen-dung energetisch relevanter Services des Haushalts erhöht sich der Eigennut-zungsgrad regenerativ gewonnener elektrischer Energie aus Photovoltaik (WKG: 8%) um 2% gegen-über der Bestandssituation (vgl. Abb. 76).

109 I


sich beispielsweise, wenn man die, den Balkendiagrammen untergeord-neten Liniendiagramme in Abb. 81 betrachtet. Die in Rot dargestellten Verläufe zeigen aufsummiert die Überdeckungen beziehungsweise Un-terdeckungen der Solarstromerträge im Tagesverlauf der jeweiligen Jah-reszeit beziehungsweise des Median. Während an Sommertagen sowohl an Werktagen wie auch am Wochenende erwartungsgemäß Überschüsse erzielt werden, sind die Typtage während der Winterphase bestimmt von Phasen mit solarenergetischer Unterdeckung. In diesen Zeiten wird im vorliegenden Szenario der Restbedarf an elektrischer Energie durch den Bezug elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz gedeckt.

Neben der zentralen Organisationsstruktur, bei der bestimmte Haushalts-geräte zentral angeordnet, gemeinschaftlich genutzt und letztlich die An-zahl an Geräten reduziert werden kann, ist auch ein dezentrales Szenario denkbar. Wie in dem Technikschema Abb. 80 illustriert, verfügt in diesem Fall jede Wohnung redundant über die entsprechenden Haushaltsge-räte. Über das gebäudeeigene Kommunikationsnetz wären diese Geräte abermals mit der weiterhin zentral organisierten Gebäudeintelligenz als koordinierend steuernde Instanz verbunden. Dieser Ansatz wird in bei-den Szenarios der zentralen und dezentralen Organisationsform parallel immer bei den verwendeten Spülmaschinen und von Servicerobotern übernommenen Haushaltstätigkeiten angewandt. Da der aktuelle Stand des IBS-Modells lediglich die Verwendung von Betriebsenergie abdeckt und etwaige Reduktionen an grauer Energie unberücksichtigt lässt, füh-ren zum jetzigen Zeitpunkt innerhalb des Modells beide Ansätze bilanziell zum selben Ergebnis. Die Techniksuffizienz fördernden Eigenschaften des zentral genutzten Serviceraums und die verringerte Anzahl redundanter Haushaltsgeräte je Wohnung führten jedoch zu der Entscheidung, den Ansatz mit zentral ausgelegtem Serviceraum weiter zu verfolgen. Es wird dabei die Annahme getroffen, dass durch den erhöhten Bedienerkomfort vernetzter interagierender Gebäude, der Verzicht auf den eigenen Besitz technischer Objekte den Nutzungskomfort nicht schmälert.

Die Ergebnisse der IBS-Bewertung des Demand Shift in Abb. 81 zeigen im direkten Vergleich zur Verteilung der energetisch relevanten Serviceleistungen der Ausgangslage in Abb. 76, dass das interagierende Gebäude beim Einsatz von Demand-Shift-fähigen Services die Gerätelaufzeiten an der dynamischen Entwicklung der Ertragskurve des Solarstroms ausrichtet. Die Anwendung der ineffizienteren Photovoltaikgeneration (im Diagramm als Medianwerte durch rote Linien dargestellt) erreicht in der Tagesbilanz an Werktagen einen solaren Deckungsgrad der vorliegenden Bedarfe im Median von 42 %. An Tagen des Wochenendes wird immerhin noch ein Prozentsatz von 35 % erzielt. Im Ver-gleich dazu werden bei einer Photovoltaik mit 17 % Wirkungsgrad (orange Linien) während der gesamten Woche nach Anwendung des Demand Shift rund 52 % solarer Deckungsgrad erreicht.

Es ergeben sich demzufolge sowohl im solaren Deckungsgrad, wie auch im durchschnittlichen Eigennutzungsgrad, ohne Interaktionseigenschaften in weiten Teilen des Jahres gegenüber der Ausgangssituation erkennbar nied-rigere Prozentsätze. Das Ergebnis belegt, dass nicht pauschal davon auszu-gehen ist, durch Anwendung der Interaktionsstrategie des Demand Shift ge-nerell eine optimierte Betriebsenergiebilanz im Gebäude zu erzielen. Es sind vielmehr unterschiedliche Parameter, wie die Größe der solaraktiven Fläche, deren Ausrichtung, Einbausituation und angenommene Technologiegenerati-on der Photovoltaik vor dem Einbau mit der vorhandenen Bewohnerstruktur und den daraus resultierenden Bedarfen abzugleichen, um ein Überangebot an solaraktivem Flächenangebot zu vermeiden. Auf Grund der, in der Aus-

I 110

gangssituation bereits relativ gut verteilten Bedarfe Demand-Shift-fähiger Haushaltsservices im Tagesgang, insbesondere im Verlauf des Typtags Wo-chenende, führt die Anwendung der betrachteten Interaktionsform lediglich zu einer moderaten Erhöhung des durchschnittlichen wöchentlichen Eigen-nutzungsgrads von 79 % auf 81 %. Diese Erhöhung ist dabei wesentlich be-gründet in der zeitlichen Sortierung der einzelnen Lastspitzen des Sanitär- und Küchenbereichs während der Werk- und Wochenendtage. Die Betrachtung sonstiger allgemeiner und Demand-Shift-fähiger Haushaltsgeräte spielt hin-gegen eine untergeordnete Rolle.

Credit Shift (cs) Das Szenario zur Erhöhung der Energiesuffizienz durch Nutzung der Gebäu-deinteraktion des Credit Shift verfolgt den Ansatz, durch die Berücksichtigung von Speicherkapazitäten im Gebäude die gewonnenen Energieüberschüsse eines Tages bedarfsgerecht verteilt nutzen zu können. Die Strategie knüpft da-bei unmittelbar an die Ergebnisse des Demand Shift an. Da im Rahmen der Demand-Shift-Interaktion bereits 81 % des gewonnenen Solarstroms gebäu-deintern genutzt werden, bei einer wöchentlichen solaren Deckungsrate im Median von 40 %, ist die Speicherkapazität nur noch auf 19 % des gesamten gewonnenen Solarstroms auszulegen. Es lässt sich in dem Zusammenhang festhalten, dass eine im Gebäude angewandte Interaktion dazu beitragen kann, an anderer Stelle Entscheidungen, oder wie in dem aktuellen Fall Kapazitäten, neu zu bewerten und bedarfsgerechte Auslegungen zu er-zielen. Die Interaktionsform des Credit Shift orientiert sich dabei eng an dem auf Seite 79 formulierten intermediären Ansatz der „Energetisch prädiktiv ausgelegten Solaranlage“.

Die Gebäudeinteraktion des Credit Shift bietet unter Verwendung der re-sultierenden Speicherkapazität zudem das Potenzial, aus betriebsenerge-tischer Sicht den Umgang mit Nutzungs-induzierten Strombedarfen durch eine weiter optimierte Eigennutzungsrate nochmals suffizienter zu gestal-ten. Wie die Ergebnisse in Anl-3 zeigen, liegt der Anteil des Strombedarfs Demand-Shift-fähiger Services gemessen am Tagesbedarf bei 20–35 %. Der Anteil tageszeitlich abhängiger, elektroenergetisch relevanter Nutzungen macht hingegen, je nach betrachteter Nutzergruppe, zwischen 40–60 % des täglichen Strombedarfs aus. Diese Strombedarfe resultieren aus der expliziten Teilnahme der Bewohner und treten entsprechend der individuellen Vorstel-lungen zu unterschiedlichen Nutzungszeiten auf. Beispiele in diesem Zusam-menhang wären unter anderem das Kochen am Elektroherd während der Mit-tagszeit, oder die Nutzung von Unterhaltungsmedien in den Abendstunden. Der prozentuale Anteil zeigt die Relevanz, die in der Anwendung der Credit-Shift-Interaktion steckt, den Eigennutzungsgrad von gewonnenem Solarstrom maßgeblich weiter zu maximieren, beziehungsweise im Umkehrschluss, den externen Bezug zusätzlich benötigter elektrischer Energie zu reduzieren.

Während beim Konzept des Demand Shift das Gebäude unabhängig, mit-unter autonom, auf Basis vorhandener Erfahrungswerte und Prognosen linear über den Tag planen und reagieren kann, bewirkt die Einbeziehung der Individuallasten resultierend aus der Nutzung, dass der Bewohner und dessen individuelles Verhalten als dynamische Variable in die Koor-dination des Stromhaushalts je Wohnung einbezogen wird. Über Einga-begeräte, wie Tablets, Smartphones oder potenziell verfügbare sensitive Raumoberflächen sowie durch verbale oder nonverbale Kommunikations-schnittstellen haben die Bewohner die Möglichkeit, individuell und tages-zeitlich unabhängig voneinander Einfluss zu nehmen. Die explizite, interne Interaktion erhöht deutlich die Komplexität zur Koordination verfügbarer Solarstrommengen gegenüber der vorab beschriebenen Interaktion des

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



111 I


Demand Shift. In dem betrachteten mehrgeschossigen Wohnungsbau mit den verschiedenen Bewohnergruppen könnten somit theoretisch je Wohneinheit oder je Raum unterschiedliche elektroenergetische Anforde-rungen zu unterschiedlichen Zeiten auftreten. Die Volatilität an nachgefragter elektrischer Energie erhöht sich demnach deutlich. Eine angemessen berück-sichtigte Sensorik im Gebäude unterstützt dieses dabei, Verhaltensmuster und Signale der Bewohner möglichst genau zu erfassen und mit fortschreiten-der Nutzungszeit auch vorausschauend einzuplanen, um so die Komplexität aus unterschiedlichen Variablen handhabbar zu halten.

Alternativ wäre das Konzept des Credit Shift auch in vereinfachter Form denk-bar. In diesem Fall wäre aber ein deutlich höheres Maß an Disziplin der betei-ligten Bewohner vorauszusetzen. Sie wären dann dazu angehalten, über ent-sprechende Kommunikationsschnittstellen möglichst passgenaue Angaben zum eigenen Tagesablauf und der Nutzung energierelevanter Ausstattungen zu machen, so dass eine vorausplanende Koordination des erwarteten So-larstroms möglich wird. Dieser Anwendungsfall wird langfristig betrachtet, jedoch aufgrund der notwendigen individuellen Disziplin für einen Geschoss-wohnungsbau als unrealistisch erachtet, weshalb sich im Rahmen der Arbeit auf die anspruchsvollere Interaktionsform mit erweiterten koordinativen Auf-gaben des Gebäudes bezogen wird.

Die Ergebnisse des Credit Shift in Abb. 82 bis Abb. 86 zeigen, dass die Inter-aktionsstrategie ganzjährig annähernd 100 % Eigennutzung des gewonnenen Solarstroms beziehungsweise der solaren Deckungsrate erreichen lässt. Der eingangs formulierte Ansatz, solare Überschüsse bedarfsgerecht über den Tag verteilt einzusetzen, ist demnach durch Nutzung interaktionsfördernder Technik möglich. Zudem erlauben die erweiterten Fähigkeiten des Gebäudes, den Stromspeicher am verbleibenden Bedarf ausgerichtet deutlich keiner zu dimensionieren. Die aus der Literatur abgeleiteten typischen Eigennutzungs-grade photovoltaischer Systeme mit rund 60 % Nutzungsrate lassen sich demnach durch ergänzende Interaktion des Gebäudes deutlich steigern. An Werktagen ergeben sich somit in den Sommermonaten, auch unter Verwen-dung der weniger effizienten Photovoltaik, ganztägig solare Deckungsraten der Strombedarfe von 100 % bei neunzigprozentigen Nutzungsraten des ge-wonnen Solarstroms. Im Median der gewählten Photovoltaikkonfiguration er-geben sich Jahreszeiten-übergreifend lediglich Deckungsraten von 58 % an Werktagen beziehungsweise 35 % an Tagen des Wochenendes. Die Werte belegen, dass für die vorhandene Nutzung und verwendete Generation an Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 8 % die gewählte solaraktive Flä-che des Gebäudes zu gering ausfällt. Durch die Wahl der effizienteren Photo-voltaik mit 17 % Wirkungsgrad ist in den Diagrammen in Abb. 83 bis Abb. 86 zu erkennen (orange Prozentwerte), dass auch in den Übergangsphasen des Jahres eine annähernd vollständige Deckung der bestehenden Strombedarfe im Gebäude erreicht wird.

In der direkten Gegenüberstellung der Ergebnisse des Credit Shift mit denen der Ausgangslage lässt sich zusammenfassend festhalten, dass eine deut-lich nachvollziehbare Optimierung im Umgang mit Strom durch eine bedarfs-gerecht ausgelegte Gebäudeintelligenz möglich ist. Die Eigennutzungsrate lässt sich im Wochendurchschnitt aller Jahreszeiten um 19 % auf annähernd 100 % erhöhen. Im Vergleich der einzelnen Typtage zeigen die Wochenend-tage trotz der bereits vorteilhaften Lastverteilung der Ausgangssituation im Bezug zum verfügbaren Solarstrom dennoch eine Erhöhung von 90 auf 99 %. Die Steigerung des Eigennutzungsgrades an Werktagen fällt demgegenüber noch deutlicher aus und erreicht mit einer Erhöhung um 29 % eine achtund-neunzigprozentige Eigennutzung des gewonnenen Solarstroms.

I 112

Credit Shift (Median des Jahres)SuI-interactivebuildingsufficiency

-500

-400

-300

-200

-100

200

300

400

500 [W]

100

0

-500

-400

-300

-200

-100

200

300

400

500 [W]

0

100

haushaltsgeräte energiebedarf (elek.)gesamtenergiebedarf (elek.)

solar-energetische bedarfsdeckung (elek., credit shift bei 8% wkg pv, median)

sommer

winter

frühjahr

herbst

[Wh]

[Wh]

20.198,12 21.296,51 143.583,60

[%]

100% 59% 88%

median 11.789,17 12.609,03 84.183,93

58% 35% 52%

3.690,00 3.690,00 25.830,03

19% 13% 17%15.793,13 16.233,83 111.433,32

78% 45% 69%8.827,01 8.917,98 61.971,0044% 27% 39%

20.198,12 35.986,44 172.963,47

nutzung regenerativen energieertrags(elektrisch, wirk. pv 8%)

energiebedarf (elektrisch)


werktag(WKT)

wochenendtag(WET)

summewoche

elektrizität

ø eigen

nutzungsgrad

(PVwirk 8%) mit

credit shift

a.G. SuI-Profil

98%WKT97%WET99%

nutzungsgerechte ertragsverschiebung (credit shift), GE werktag, median

nutzungsgerechte ertragsverschiebung (credit shift), GE wochenende, median

ø ertrag an solarstrom

pro tag und % anteilam gesamtbedarf

eines tages (WKT, WET)

12609,0362%, 35%

21849,64108%, 60%

3690,0018%, 13%

16300,0980%, 45%

8917,9844%, 26%

WKT: 92%WET: 97%

WKT: 100%WET: 100%

WKT: 97%WET: 100%

WKT: 99%WET: 100%

eigennutzungsgrad:(eigen-ng)

ibs deckungsgrad

58%11.789,17 W

ibs deckungsgrad

35%12.609,03 W

ibs eigennutzungsgrad

92-100%


97-100%

Abb. 82: Credit Shift. Einfluss interaktionsfähiger Gebäude zur tageszeit-lichen Verschiebung von regenerativ gewonnener elektrischer Energie im Gebäude zur nutzungsge-rechten Deckung elektro-energetischer Energiebe-darfe und Erhöhung von Eigennutzungsgraden gewonnener elektrischer Energie. Die dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf einen Wirkungsgrad der Photovoltaik von 8%.

113 I


Credit Shift (Frühjahr/Sommer)SuI-interactivebuildingsufficiency

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500 [W]

0

-500

-400

-300

-400

-300

-200

-100

200

300

400

500 [W]

0

100

-500

-200

-100

200

300

400

500 [W]

100

0

solar-energetische bedarfsdeckung (elek., credit shift bei 8% wkg pv)solar-energetische bedarfsdeckung(elek., credit shift bei 17% wkg pv)

haushaltsgeräte energiebedarf (elek.)

gesamt energiebedarf

sommer - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag

sommer

frühjahr - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag

frühjahr - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE wochenende

- nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE wochenende


ibs deckungsrate

78% (100%)

97% (58%)

15.793,13 W


ibs deckungsrate

45% (96%)

100% (100%)

16.233,83 W


ibs deckungsrate

100% (100%)

92% (44%)

20.198,12 W


ibs deckungsrate

59% (100%)

97% (78%)

21.296,58 W

Abb. 83: Frühjahr. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Frühjahr unter Einbindung von Ge-bäudeintelligenz zur zeitun-abhängigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-ener-getischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Frühjahr Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 45-78% und Eigennut-zungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von 97-100% erreichen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare De-ckungsraten von 96-100%. erreichen.

Abb. 84: Sommer. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Sommer unter Einbindung von Ge-bäudeintelligenz zur zeitun-abhängigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-ener-getischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Sommer Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 59-100% und Eigen-nutzungsgrade gewon-nener, elektrischer Energie von 92-97% erreichen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare Deckungsraten an Werk- und Wochenendtagen von durchgängig 100%.

I 114

Credit Shift (Frühjahr/Sommer)SuI-interactivebuildingsufficiency

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]

-500

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

500 [W]

0

-500

-400

-300

-400

-300

-200

-100

200

300

400

500 [W]

0

100

-500

-200

-100

200

300

400

500 [W]

100

0




sommer - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag

sommer

frühjahr - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag

frühjahr - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE wochenende



ibs deckungsrate

78% (100%)

97% (58%)

15.793,13 W


ibs deckungsrate

45% (96%)

100% (100%)

16.233,83 W


ibs deckungsrate

100% (100%)

92% (44%)

20.198,12 W


ibs deckungsrate

59% (100%)

97% (78%)

21.296,58 W

Credit Shift (Herbst/Winter)SuI-interactivebuildingsufficiency

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500 [W]




winter

herbst

herbst

winter - nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE wochenende

- nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag


- nutzungsgerechte ertragsverschiebung GE werktag


ibs deckungsrate

44% (93%)

99% (99%)

8.827,01 W


ibs deckungsrate

27% (52%)

100% (100%)

8917,98 W


ibs deckungsrate

19% (39%)

100% (100%)

3.690,00 W

3.690,00 W

eigennutzungsgrad

deckungsrate

13% (24%)

100% (100%)

Abb. 85: Herbst. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Herbst unter Einbindung von Ge-bäudeintelligenz zur zeitun-abhängigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-ener-getischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Herbst Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 27-44% und Eigennut-zungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von 99-100% erreichen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare De-ckungsraten von 52-93%. erreichen.

Abb. 86: Winter. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Winter unter Einbindung von Ge-bäudeintelligenz zur zeitun-abhängigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-ener-getischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Winter Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 13-19% und Eigennut-zungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von durchgängig 100% errei-chen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare De-ckungsraten von 24-39%. erreichen.

115 I


4.2 Ergebnisse zum Umgang mit thermischer Energie durch Gebäudeinteraktion

Wärmeenergie wird in Wohngebäuden eingesetzt, um einerseits behagliche Innenraumbedingungen zu schaffen und andererseits Trinkwarmwasser bereitstellen zu können. Im Rahmen der Projektstudie konzentriert sich die Untersuchung zu Gebäudeinteraktion auf die Suffizienzpotenziale bei ther-mischer Energie im Zusammenhang mit dem Raumkomfort. Ähnlich dem Um-gang mit elektrischer Energie, wie bei der Interaktion des „Credit Shift“, wäre die Behandlung von thermischer Energie im Kontext von Warmwasser stark geprägt von der aktiven Nutzung und Anwesenheit der Bewohner. Es wird dementsprechend erwartet, hierbei ähnliche Lösungsansätze der Interaktion anwenden zu können, wie sie im Bereich elektrischer Energie bereits disku-tiert wurden. Das thermisch-dynamische Verhalten von Gebäuden und ihren Wohneinheiten hingegen zeigt durch die sich stetig wandelnden Einflussgrö-ßen im Innen- und Außenraum, wie beispielsweise veränderte klimatische Be-dingungen oder Nutzungsweisen der Wohnräume, neue potenzielle Möglich-keiten, den Energiehaushalt durch Gebäudeinteraktion zu beeinflussen.

Die Verwendung thermisch-energetischer Services im Gebäude hängt grundlegend von der Kenntnis über die spezifischen gegebenen und er-warteten Komfortansprüche im Raum sowie die Anwesenheit und Aktivität der Bewohner ab. In der Regel weisen sich thermisch aktive Systeme durch ein vergleichsweise träges Wirkungsverhalten aus, weshalb eine detaillierte Kenntnis der Rahmenbedingungen die Funktionalität solcher Systeme stei-gert. Die Auswirkungen eines aktiven Flächenheizsystems sind beispielswei-se erst mit zeitlichem Versatz im Innenraum spürbar. Eine bedarfsoptimierte Regelung der Raumtemperatur müsste somit im Wissen über die Anwesen-heitszeiten seiner Bewohner und das Trägheitsverhalten des thermischen Gesamtsystems entsprechende Vorlaufzeiten mitberücksichtigen, um zeitre-levant das passende Angebot schaffen zu können. Der erhöhte Grad an Kom-plexität der Regelung der sich, in Kombination mit der Vorstellung einen ener-giesuffizienten Betrieb, zu gewährleisten ergibt, eignet sich erneut besonders zum Einsatz angemessen eingesetzter Gebäudeintelligenz. Während bei der Betrachtung elektrischer Systeme die Besonderheit aus der Unmittelbarkeit auftretender Lastspitzen resultierte, zeichnen sich thermische Systeme durch die zeitlichen Überlagerungen und Abhängigkeiten zwischen Betriebszeiten und Reaktionszeiten aus. Die Qualitäten informationstechnischer Systeme, Informationen schnell zu erfassen, zu verarbeiten und bewerten zu können, erhöht die Flexibilität der Anwendung thermischer Systeme im Gebäude und ermöglicht in der Ausgangslage des untersuchten Objekts noch bestandene Wärmebedarfe eventuell ersetzen oder vermeiden zu können. Die Ausnutzung der technischen Möglichkeiten interaktionsfähiger Gebäude könnte dadurch nicht zuletzt durch einfaches Nachrüsten heutzutage verfügbarer Komponen-ten, wie beispielsweise funknetzbetriebener Sensortechnik, zukünftig eine Al-ternative zur klassischen energetischen Sanierung bieten.

Die prozentuale Verteilung zum Sanierungsstand des Wohnungsbaus in Deutschland, wie auf Grundlage der Daten von co2online (Hrsg.) (2018a) in Abb. 87 zu sehen, zeigt angesichts eines Prozentsatzes von rund 86 % teilsanierten oder unsanierten Gebäuden (Stand 2018), dass in diesem Be-reich weiterhin enormer Handlungsbedarf besteht. Eine Sanierung unter Be-rücksichtigung „einfacher Gebäudeintelligenz“ könnte dabei eine alternative Sanierungsstrategie bieten, um die Baukultur zu fördern. Während klassische, energetische Sanierungen durch beispielsweise Dämmmaßnahmen betrieb-senergetische Bedarfe senken lassen, schaffen interagierende Gebäude dies mitunter durch raumweise und nutzungsorientierte Komfortregelungen.

Abb. 87: Sanierungsstand des deutschen Wohnungsbaus (Stand 2018), unterteilt nach unsanierten, teilsa-nierten, vollsanierten und neu gebauten Gebäuden (ab 1995) auf Grundlage der Erhebung des Online-Portals wohngebaeude.info.

Neubau VollsanierungTeilsanierung unsaniert

Däm. obere GDFenstererneu.

Dachdämmung

Fassadendäm.Dämmung KD

[%]

36

50

5 9

5 10

28

6

16

I 116

UmsetzungDie Umsetzung, durch Gebäudeinteraktionen die thermische Energienut-zung zu beeinflussen erfolgt, aufbauend auf einem Referenzszenario zur Abbildung der Ist-Situation ohne Interaktion anhand vier differenziert be-trachteten Interaktionsformen:

• Ausgangsszenario (BST)• Presence Control (pc)• Air Control (ac)• Heat Control (hc)• Light Control (lc)• Shade Control (sc)

In den simulierten Szenarios wird durch gezielt ergänzte Interaktionsei-genschaften untersucht, inwieweit die einzelnen Interaktionsfunktionen des Gebäudes Einfluss auf den thermischen Energiehaushalt haben kön-nen und dabei der Versuch unternommen, einzelne Effekte bewussten Interaktionsentscheidungen zuzuordnen. Die Kriterien der Norm DIN EN 15251:2012 „Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Tem-peratur, Licht und Akustik; Deutsche Fassung EN 15251:2007“ (CEN/TC (Hrsg) (2012)) dienen dabei als Richtwerte und Bewertungshilfe. Es wird ferner von der Annahme ausgegangen, dass in dem betrachteten Ge-schosswohnungsbau trotz steigender Automatisierung, die Lüftung in allen Szenarien weiterhin wie in der Referenzvariante über die Fenster erfolgt. Das adaptive Komfortmodell der benannten DIN-Norm berücksichtigt die-se Lüftungsart und setzt dabei voraus, dass die Bewohner ihre Kleidung auf thermische Gegebenheiten anpassen. Die Norm unterscheidet dem-entsprechend zwischen der Komfortraumtemperatur und der gefühlten, operativen Raumtemperatur. Ein Temperaturband aus einer Spannweite von plus, minus zwei Kelvin im Bezug zur definierten idealen Raumtem-peratur (Komfortraumtemperatur) wird somit, wie in Abb. 88 dargestellt, in der Norm als behaglich empfunden und akzeptabel eingestuft. Die Norm differenziert dabei die Komfortraumtemperaturen in Abhängigkeit zur je-weiligen Nutzungsweise. Die in Anlage „Anl-4“, Tabelle „Tab.: Gewählte Grundparameter zu nutzerspezifischen Vorstellungen des Innenraumkom-forts“ aufgeführten Bandbreiten akzeptabler Raumtemperatur für die Be-reiche „Wohnen“, „Schlafen“ und „Sanitär“ orientieren sich an denen nach der Norm genannten Temperaturwerten. Zur weiteren Differenzierung der Nutzung von Innenräumen sind diese Normwerte auf Grundlage von Emp-fehlungen des Umweltbundesamtes (Umweltbundesamt (Hrsg.) (2019a)), um nutzungsspezifische Temperaturangaben ergänzt worden. Die raum-weise Unterteilung von Komfortkriterien führt zu einer realitätsnahen Ab-bildung der Nutzungssituation. Die Unterscheidung hilft gleichzeitig, dabei in-nerhalb der simulierten Wohneinheiten aus der Interaktionsform resultierende thermisch energetische Effekte differenziert ableiten und zuordnen zu können.

Im Unterschied zur Bewertung der elektroenergetischen Einflüsse von Gebäudeinteraktionen wird bei der Untersuchung thermoenergetischer Effekte nicht von Betrachtung des Gesamtgebäudes ausgegangen. Auf Grund des hohen Grads an unterschiedlichen, sich gegenseitig beeinflus-senden dynamischen, Faktoren beim thermischen Verhalten eines Ge-bäudes erfolgt die Betrachtung über die einzelne Wohneinheit. Erst im Anschluss daran werden die beobachteten Effekte im Gesamtgebäude analysiert und abschließend daraus das thermische Verhalten des simu-lierten Szenarios bewertet. Die realitätsnahe Abbildung des dynamischen thermischen Verhaltens der einzelnen Wohneinheit sowie des Gebäudes

Abb. 88: Komfortraumtemperatur θRa,C (gestrichelte Linie), nach DIN EN 15251:2007, mit dem zugelassenen Toleranzbereich der ope-rativen Raumtemperatur von +-2K (durchgezogene Linien) in Abhängigkeit vom stündlichen Mittel der Außenlufttemperatur und der Voraussetzung, dass die Raumnutzer ihre Bekleidung bedarfsgerecht anpassen können.

24262830

222018

0 16 32-8

117 I


als Kombination aus mehreren Wohneinheiten erfolgte mit der Software zur thermischen Gebäudesimulation IDA ICE in der Version 4.8. Das ge-prüfte und zertifizierte Programm gewährleistet, ein realitätsnahes Abbild des thermischen Verhaltens des Gebäudes abzubilden.

In einem ersten Schritt sind die Szenarien unterschiedlicher Interaktions-formen als einzelne Wohneinheit mit unterschiedlichen Nutzergruppen be-legt betrachtet worden. Darauf aufbauend ist das thermische Zusammen-wirken von unterschiedlichen Haushaltsformen, gemäß Abb. 66 (1), als heterogene Hausgemeinschaft im Gesamtgebäude betrachtet worden. Um die unmittelbaren Einflüsse aus der Heterogenität der Bewohnerstruk-tur ableiten zu können, sind parallel dazu vergleichende Simulationen des Gebäudes mit homogener Haushaltstruktur mit jeweils gleicher Nutzer-gruppe je Wohnung vorgenommen worden. Alle simulierten Interaktions-szenarios sind gleichzeitig wiederum mit den Ergebnissen äquivalenter Referenzszenarios der Ausgangssituation ohne Interaktion verglichen worden. Die jeweiligen Einstellungen zur Betrachtung des thermischen Gebäudeverhaltens je Szenario in der verwendeten Software orientieren sich hinsichtlich der spezifischen Nutzergruppenverhalten, der Intensität einzelner Raumnutzungen, bauphysikalischer Eigenschaften von Bau-teilen sowie ortspezifischer Klimadaten und Einstrahlungswerte an den getroffenen Einstellungen hinsichtlich der Einflussmöglichkeiten von Ge-bäudeinteraktionen auf den Strombedarf, wodurch in Kombination beider Teilergebnisse Aussagen zum gesamtenergetischen Suffizienzpotenzial des Gebäudes getroffen werden können.

Die nachfolgend dokumentierten Untersuchungen betrachten dabei das Gebäude im unsanierten Bestand sowie als saniertes Gebäude mit en-ergetisch verbesserten Fassaden- und Dachflächen. In einer weiteren Variante des sanierten Bestands wurde zudem ergänzend die dem Hof zugewandte Südfassade verändert, indem für diese ein maximaler Ver-glasungsanteil von 100 % angesetzt wurde. Anhand dieses Szenarios soll sich der maximal möglichen Einflussnahme im Umgang mit thermischer Energie durch berücksichtigte Gebäudeinteraktionen genähert werden.

AusgangsszenarioAls Vergleichsgrundlage wurde das Bestandsgebäude in unsanierter und sa-nierter Form ohne Einsatz von Gebäudeinteraktionsformen simuliert. Daraus wurden grundlegende Wärmebedarfe des Gebäudes abgeleitet. Die einzel-nen Simulationsergebnisse je Wohneinheit und Bewohnergruppe zeigen er-wartungsgemäß Unterschiede in den Ansprüchen nach Wärmeenergie. Ins-besondere im sanierten Bestand, in dem äußere Einflüsse minimiert werden, zeigt sich deutlich, dass bei gleichbleibender Wohnungsgröße und Zunahme der Bewohneranzahl der Jahreswärmebedarf und die mittlere Heizleistung eines Tages sinken. Jeder Simulation wurde aus Gründen der Vergleichbar-keit jeweils die identische Wohnung innerhalb des Gebäudes zugrunde gelegt (3. Obergeschloss, Südost-Wohnung). Gleichzeitig verfügt jeder Raum der Wohnung jeweils über ein Standardheizsystem des Programms IDA ICE (Ideal Heater) mit einer maximalen Heizleistung von 1000 Watt.

Im sanierten Bestand hat der Haushalt eines alleinstehenden Vollverdieners (Single Vollverdiener, SVV) dadurch beispielsweise einen simulierten Jahres-wärmebedarf von rund 2200 kWh und weist im Mittel eines Tages innerhalb der Wohnung eine übliche Heizleistung von 600 bis 700 Watt auf (vgl. Anlage Anl-3 Abb. 128 (1)). Der Haushalt eines Elternpaars mit Kind als Drei-Personen-Haushalt hingegen erreicht in derselben Wohnung einen Jahreswärmebedarf von nur noch rund 1240 KWh bei einer durchschnittlichen Heizleistung eines

Abb. 89: Beispiele klassischer Kastenfenster in Helsinki, Finnland. Trotz Außen-lufttemperaturen von bis -3°C am Tag und teilweise bis -10 °C in der Nacht angenehm empfundene In-nenraumtemperaturen ohne Zugempfinden im Rahmen der Vor-Ort-Studie 2018.

I 118

VerschattungAutomatisierte bedarfs-gerechte Verschattungs-regelung in Abhängigkeit zur Einstrahlung, Innen-raum Solltemp., Anwe-senheit

LüftungAutomatisiert nach pro-gnos. ∆ T (innen/außen), Luftqualität (CO2, PPM)

HeizungHeizverhalten Bewohner abhängig und Sollwert-Temperaturen orientiert (Raumnutzung spezi-fisch)

NutzungBewohnergruppen spe-zifische Anwesenheiten und Ansprüche tech-nischer Gerätenutzung

Belichtung/BeleuchtungLichtsteuerung in Abhängigkeit zur Verschattung, Be-leuchtungsstärke, Tageslichtverlauf, Nutzeranwesen-heit; LeuchtmittelnLeuchtmittel in allen Szenarien mit hoch effizienten LED mit einer Lichtausbeute von 180lm/W angesetzt

Abb. 90: Übersicht angewandter Gebäuderegelungen zur Realisierung des In-nenraumkomforts und thermischer Energiesuffi-zienz Steigerungen in den Szenarien mit interaktiven Gebäudeeigenschaften (Szenarien IBS)

Abb. 91: Presence Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur Präsenz abhängigen Servicesteuerung.

Abb. 92: Air Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur Sollwert bedingten Kontrolle der Raumluftqualität.

Abb. 93: Heat Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur Präsenz und Sollwert bezogenen Regelung der Raumtemperaturen.

Abb. 94: Light Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur Helligkeit und aktivitäts-abhängigen Beleuchtungs-steuerung.

Abb. 95: Shade Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrategie zur jahreszeitlich abhän-gigen optimierten Nutzung solarer Gewinne.

Raumnutzung A

Raumnutzung C

Raumnutzung BR2R1

R3

Luft im SZR 12mm

opt.Solarenergie-

eintrag

Nutzung bedingter vis./ther. Komfort

Frühjahr Sommer Herbst

funktionshade control

Winter

max Solar-

energie eintrag

max Solar-

energie eintrag

Winter

funktionheat control

MittagMorgen Abend

thermischer Komfort

thermischer Komfort

funktionlight control

MittagMorgen Abendkühles warmes Lichtweißes

funktionair control

MittagMorgen Abend

max ppm max ppm

funktionair control

MittagMorgen Abendschlafen

waschen

anwesend anwesend

essenschlaf.

essen kochen

entspannen

119 I


Tages zwischen 400 bis 500 Watt (Abb. 173 (1)). Dieser erwartungsgemäß ver-minderte Bedarf resultiert aus der steigenden Anzahl an internen Wärmelasten durch die Zunahme an Personen des Haushalts. Gleichzeitig zeigen die wei-teren Simulationen zum Bestand mit anderen Nutzergruppen in Anlage Anl-3, wie beispielsweise bei der Gruppe des Seniorenpaars zu sehen (Abb. 158 (1)), dass neben der Anzahl der Personen die Präsenzzeiten innerhalb der Woh-nung wesentlich den Wärmeverbrauch beeinflussen.

In der Gesamtbetrachtung der Haushalte des Gebäudes ergibt sich demnach für den sanierten Bestand mit heterogener Bewohnerstruktur gemäß Abb. 97 ein Jahreswärmeenergiebedarf des Gebäudes von rund 8830 kWh. Dabei wurden die opaken Außenbauteile des denkmalgeschützten Gebäudes ent-sprechend der Bauteilbeschreibungen in Absatz 4.2.3 der Anlage Anl-4 mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten1 von 0,275 W/m2K ausgelegt. Es wur-de sich an dem Maximalwert für Außenbauteile von 0,24 W/m2K nach Energie-einsparverordnung (EnEV) 2014, Anlage 3 (BMWi (Hrsg.) (2014)) orientiert. Die transparenten Bauteile wurden dementsprechend gemäß genannter Quelle und Anlage als Kastenfenster mit einem Gesamtwärmedurchgangskoeffizi-enten uw von 1,206 W/m2K berücksichtigt. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Fenster liegt somit unter dem, in der EnEV 2014 festgelegten, Maximalwert von 1,3 W/m2K. In den Szenarien des unsanierten Bestands werden die opa-ken Bauteile hingegen mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten von 0,705 W/m2K angenommen. Die transparenten Bauteile wiederum weisen in diesem Szenario einen U-Wert von 2,859 W/m2K auf. Der Wärmeenergiebedarf des Gesamtgebäudes fällt dementsprechend mit 32890 kWh (Abb. 100) deutlich höher aus. Der Unterschied von rund 370 % gegenüber der sanierten Variante unterstreicht erneut die Bedeutung bisheriger Bemühungen, die Betriebsener-giebedarfe durch eine gesteigerte Effizienz im Gebäude zu senken.

Die Wahl, in der sanierten Variante transparente Bauteile als Kastenfenster auszuführen begründet sich auf dem gewonnenen Eindruck, im Rahmen der Vor-Ort-Studie in Skandinavien, dass dieser Fenstertyp flexibel und auf ein-fache Weise auf unterschiedliche, klimatische Gegebenheiten im Innen- und Außenraum reagieren kann. Während das Prinzip des Kastenfensters im Woh-nungsbau in Deutschland kaum eine Rolle spielt, findet man das zugrundelie-gende Prinzip des Pufferraums zwischen Innen- und Außenraum im nordeu-ropäischen Raum in vielfältiger Form angewendet. Die in Helsinki im Süden Finnlands bis zur nördlich gelegenen schwedischen Stadt Umeå aufgenom-menen Beispiele in Abb. 89 und Abb. 73 zeigen eine Auswahl an Anwen-dungsfällen. Eine typische angewandte Adaption des Prinzips findet sich in der Region immer wieder als in der Südfassade integrierte Loggien, die nach Bedarf mit verschiebbaren Glaselementen ausgestattet verschlossen werden können. Das Verwenden „zweischaliger“ Fenster und auch Türelemente lässt sich in unterschiedlicher Form wiederkehrend erkennen. Neben der oftmals visuellen Kommunikation erreicht das Kastenfenster einen bewussten ener-getisch, intermediären Austausch zwischen dem Innen- und Außenraum und ermöglicht so, bedarfsorientierte Anpassungen abhängig vom Grad der Öff-nung der Fenster zu erreichen.

Presence Control (pc) Die Interaktionsform der Presence Control stellt eine Grundfunktion im Zu-sammenhang mit allen weiteren beschriebenen Interaktionen der thermisch-energetischen Szenarien dar. Betitelt mit der Überschrift der „Abwesen-heitskoordination“ wird diese Form der Gebäudeinteraktion auf Seite 81 weiterführend beschrieben. Die Interaktion ist dabei zudem bereits in der Be-trachtung elektroenergetischer Einflussmöglichkeiten genutzt worden. Diese 1 Wärmedurchgangskoeffizient, U-Wert: Der U-Wert beschreibt ein Maß für die Wärmedurchlässigkeit eines Bauteils.

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



Abb. 96: Schematische Darstel-lung zentraler raumweiser Regelung Nutzergruppen spezifischer Innenraumtem-peraturen. In Anlehnung an die in Kapitel „Multimodale Ansätze der Vernetzung. Verbesserte Energiesuffizi-enz durch Gebäudeinterak-tion“ als externe Interaktion beschriebenen Form zen-tral gesteuerter Heiztechnik im Wohngebäudeverbund.

dezentrale Raum und Nutzer individuelle Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung

GEBKI

I 120

Interaktionsform setzt voraus, dass das Gebäude durch maschinelle Lern-prozesse in den betrachteten Szenarios die Verhaltensweisen der Bewohner erlernt und dadurch zunehmend vorausschauend die Nutzererwartungen im betrachten Gebäude einplant. Die Presence Control Funktion beschreibt, wie im Falle der Abwesenheit oder Anwesenheit der Bewohner einzelne informa-tionstechnische und elektronisch steuerfähige Ausstattungen verwendet wer-den und erlaubt, nicht benötigte Services abzuschalten, zu drosseln und be-darfsgerecht wieder zu aktivieren und anzubieten, mit dem Ziel den täglichen Energiebedarf für Wärme zu senken und dadurch letztlich zu optimieren.

Für den untersuchten Fall sind zwei Detailierungsstufen der Presence Control definiert worden. Einerseits erfolgt eine allgemeine, wohnungs-weit greifende Anwesenheitskontrolle (PCDR, Dwelling related). Anderer-seits wird in einer weiteren Detaillierungsstufe eine raumweise Regelung interaktionsfähiger Technik vorgenommen (PCRR, Room related), wodurch höchst dynamisch auf die Nutzungsphasen der Bewohner und einzelner Räume eingegangen werden kann. In Abhängigkeit zum inhaltlichen Fo-kus der zu regelnden Technologie wird für die jeweilige Situation der pas-sende Ansatz gewählt. Während die Reglung der Luftqualität von Wohn-räumen beispielsweise von einer wohnungsweiten Betrachtung ausgeht, wird beispielsweise bei der Regelung nutzungsbezogener Helligkeiten in Innenräumen die raumweise Interaktionsform angewendet.

Air Control (ac) Die Funktion des Air Control bewirkt eine vom Bewohner unabhängige Koordination der vorhandenen Fensterlüftung des Gebäudes, wodurch nutzerdefinierte Mindestqualitäten der Raumluft ganzjährig gewährleistet werden sollen. Es wird die Annahme getroffen, dass mit der wachsenden Anzahl an interaktionsfähigen, über das Internet of Things vernetzten Ge-genständen, perspektivisch auch vermehrt Lüftungsflügel mit automati-sierbaren Funktionen verfügbar sein werden. In Anlehnung an die unter dem Titel „Komfort-geregelte Belüftung“ auf Seite 79 beschriebene In-teraktionsform bewirkt die hier betrachtete dezentrale Form der Lüftungs-regelung, dass im Wohnungsbau einerseits mit der Fensterlüftung ver-bundener Nutzungskomfort gewahrt werden kann, während gleichzeitig kontrollierte Luftqualitäten und Wärmeenergie mindernde Eigenschaften Berücksichtigung finden. Es wird somit eine angemessene Nutzung von Wärmeenergie gefördert, ohne gewohnte Qualitäten der Raumnutzung aufgeben zu müssen. Das Gebäude als Schnittstelle zwischen Innen- und Außenraumluft unterstützt dementsprechend Heizenergie einzusparen und energetisch falsches Lüftungsverhalten zu reduzieren.

Am Beispiel eines Schlafzimmers lässt sich die Unterstützung der Gebäu-deinteraktion veranschaulichen. Während Bewohnergruppen übergreifend die Schlafräume je Wohnung (vgl. Anl-3) in den Nachtstunden konstant und intensiv nutzen und dementsprechend hohe CO2-Konzentrationen resultieren, bleiben die Räume während des Tages in der Regel ungenutzt. Der Kohlendi-oxid-Gehalt (CO2-Gehalt) der Luft beschreibt als ein Qualitätsmerkmal seit der Einführung der Pettenkofer-Zahl2 die Qualität der Raumluft. Während mittels mechanischer Lüftungssysteme durch ein ständig und automatisiert ausge-tauschtes Luftvolumen die CO2-Konzentration sich auch während der Nacht regulieren lässt, ist anderenfalls bei manueller Fensterlüftung die abnehmende Qualität der Raumluft während der Schlafphase in Kauf zu nehmen, bezie-

2 Pettenkofer-Zahl ist die im Buch „Über den Luftwechsel von Wohngebäuden“ (Pettenkofer (1858)) im Jahr 1858 von Dr. Max Pettenkofer, Münchner Chemieprofessor, erschienene Zahl eines annehmbaren Kohlendioxid-Gehalts (CO2) der Raumluft als Qualitätskriterium zur Bewertung von Luftqualitäten. Die Zahl beschreibt die Raumluft als akzeptabel wenn der Kohlendioxidgehalt im Vergleich zur Außenluft um maximal 0,1 Volumenprozent erhöht ist, also 1000 Moleküle CO2 sich auf eine Millionen Luftteilchen verteilen (1000 ppm, parts per million).

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



121 I


Abb. 97: Ausgangsszenario. Sanierter Bestand ohne Interaktion - Wärmebedarf des Gesamtgebäudes im Jahr, sowie unterteilt nach Haushalten (szen geb 0-2.1).

Abb. 98: IBS sanierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-geregelter Fensterlüftung. Darstellung angewandter Interakti-onen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, katego-risiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-2.3).

Abb. 99: IBS solar optimierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-geregelter Fensterlüftung. Darstellung angewandter Interakti-onen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, katego-risiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-3.4).

hungsweise zum Erhalt ähnlicher Luftqualitäten hinsichtlich des CO2-Gehalts dieses dauerhaft offen zu halten. Eine interaktive Fensterregelung, als Alterna-tive zur klassischen Lüftungsanlage und der manuellen Lüftung, übernimmt die Rolle des Bewohners und öffnet beziehungsweise schließt im Bedarfsfall automatisiert die vorhandenen Lüftungsflügel während der Tag- und Nacht-stunden und sicher so den CO2-Gehalt der Raumluft.

Die DIN EN 15251 (CEN/TC (Hrsg.) (2012)) definiert in Tabelle B4 als Weiterent-wicklung der von Pettenkofer festgelegten Konzentration empfohlene Richt-werte für Kohlendioxid-Konzentrationen in Innenräumen von Wohngebäuden. Zusätzlich werden in den „Leitwerten für Kohlendioxid in Innenräumen“ des Umweltbundesamtes Grenzwerte benannt und Luftqualitäten kategorisiert in „hygienisch unbedenklich“ (< 1000 ppm), „hygienisch auffällig“ (1000–2000 ppm) sowie „hygienisch inakzeptabel“ (> 2000 ppm) (Umweltbundesamt (Hrsg.) (2020a)). Aus diesen Grundlagen leiten sich die in der Projektstudie zu-grunde gelegten Kriterien der Air-Control-Regelungssteuerung ab. Gemäß der in Anlage Anl-4, Abschnitt 4.2.4 beschriebenen Lüftungsregelung besteht in den Szenarien die Option, einmal in Abhängigkeit zum CO2-Gehalt der Innen-raumluft (ACCO2) oder aber in Abhängigkeit zur operativen Raumlufttemperatur (ACTemp) das Öffnen der Lüftungsflügel im Gebäude zu veranlassen. In der de-finierten Regelung festgelegte Sicherungssignale gewährleisten gleichzeitig, dass trotz zu hoher Konzentrationen an Kohlendioxid im Raum während der Heizperiode, die Temperatur nicht unter die in Anlage Anl-4, Abschnitt 4.2.2 festgelegte Minimaltemperatur der Raumluft absinkt.

Es wurde erwartet, durch die Interaktion des Air-Control im Vergleich zum Ausgangsszenario wesentliche Reduktionen im Wärmeenergiebedarf zu erzielen, während die Bedingungen des Raumkomforts gleichzeitig ver-bessert oder zumindest auf gleichbleibendem Niveau gehalten werden. Die Ergebnisse des Gesamtgebäudes im sanierten Bestand bestätigen diese Erwartungen an die Air-Control-Regelung nur bedingt. Wenn man das Ausgangsszenario des sanierten Bestands in Abb. 97 mit dem Szena-rio in Abb. 98 (2) unter Nutzung der Air Control Regelung vergleicht, zeigt sich nur eine geringfügige Senkung des Wärmebedarfs. Die Nutzungs-stunden mit inakzeptablem Raumkomfort steigen hingegen, außer für den Bereich der Schlafräume, moderat an. Noch deutlicher zeigt sich die Ent-wicklung, wenn man das Szenario mit solar-optimiertem, saniertem Bestand betrachtet bei dem die südliche Hoffassade vollständig verglast ist (Abb. 99 (2)). Im Vergleich verschlechtert sich sowohl der Raumkomfort in den Zeiten der Nutzung, während sich gleichzeitig der Wärmebedarf gegenüber der Aus-gangssituation erhöht. Wenn man hingegen die Szenarios des sanierten und des solar-optimierten Gebäudes (Abb. 98 (1), Abb. 99 (1)) betrachtet, bei de-nen auf die Air-Control-Funktion verzichtet und eine manuelle Fensterlüftung genutzt wird, erreichen die weiteren, zum Einsatz kommenden Interaktions-formen im Gebäude (pc, hc, lc, sc), die nachfolgend hinsichtlich ihrer Funkti-onsweise noch näher beschrieben werden, eine deutliche Verbesserung der gebäudebezogenen Wärmeenergienutzung.

Selbst die Situation hinsichtlich der Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort lässt sich durch Änderung der Interaktionsstrategie im betrach-teten Szenario geringfügig verbessern. Die auftretenden Unterschiede im Raumkomfort und beanspruchten Wärmeenergiebedarf resultieren demzu-folge unmittelbar aus der Air-Control-Funktion und den dabei zugrunde ge-legten Regelungsdefinitionen der Interaktionsform. In einer differenzierteren Definition der Regelungs- und Eingangsparameter wird demnach erwartet, die Ergebnisse mit Air Control in Richtung der Ergebnisse des Szenarios ohne Lüftungsregelung optimieren zu können.

I 122

Interaktionsfähigkeiten des Gebäudes zur Regelung des Innenraumkomfortsno IBS pcRR hc sc lc acCO2





DIN-EN 15251 comfort categories

(1) occupancy hours room [h] (2) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa wo-ko wo-es sc sa8943 26800 24663 4955 8943 26800 24663 4953

I (best) 4422 14541 12609 2586 4124 13551 11001 2443II (good) 2652 9943 5835 1201 2685 10606 2769 1217III (acceptable) 1860 2288 6219 1152 2124 2613 10893 1277IV (unacceptable) 9 28 0 16 10 30 0 16





occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa8943 26803 26799 4957

I (best) 4505 13849 14307 2498II (good) 2661 8839 5818 1320III (acceptable) 1775 4105 6674 1137IV (unacceptable) 2 10 0 2

(2)

(2)

(1)

(1)

Bestand unsaniert

Bestand unsaniert, interaktiv

Bestand saniert

Bestand saniert, interaktiv

Bestand optimiert, saniert,interaktiv

Bestand unsaniert


Bestand saniert



123 I


Im unsanierten Fall zeigt sich im Gesamtgebäude (Abb. 100, Abb. 101), dass sowohl mit, wie auch ohne, Verwendung der Air Control eine deutliche Ver-schlechterung der Raumkonditionen während der Nutzungsphase resultiert. Es zeigt sich, dass die Air-Control-Funktion entgegen dem sanierten Szenario jedoch nicht den wesentlichen Einfluss ausmacht. Das primär gesteckte Ziel, den resultierenden Betriebsenergiebedarf generell zu senken, führt viel mehr dazu, dass abhängig zur Anwesenheit der Bewohner neben der Anpassung des Lüftungsverhaltens des Gebäudes die Heizleistung stetig geregelt wird. Im direkten Vergleich der unsanierten Gebäudeszenarien mit und ohne Air Control (Abb. 101 (1), (2)) zeigen die Werte zum Raumkomfort im Gegen-satz zum sanierten Bestand viel mehr eine allgemein erkennbare, mode-rate Verbesserung und dass sich die gewählte Lüftungsregelung tenden-ziell positiv auswirkt.

Die Ergebnisse sowohl des sanierten wie auch unsanierten Bestands be-legen, dass eine Gebäude-pauschale Anwendung der nutzungssensiblen Möglichkeit, den Raumkomfort durch die Air Control zu beeinflussen, bei der gegebenen heterogenen Bewohnerstruktur und den bestehenden unter-schiedlichen Erwartungen nicht sinnvoll und auszuschließen ist. Es lohnt in diesem Zusammenhang daher der gezielte Blick in die Ergebnisse einzelner Nutzergruppen, wie sie in Abb. 102 bis Abb. 104 zusammengefasst und in den Nutzerprofilen in Anlage Anl-3 noch einmal einzeln differenziert dargelegt sind. Während in den Diagrammen in Abb. 102 exemplarisch in allen Wohnungen des Gebäudes die gleiche Bewohnergruppe angenommen ist, zeigen die Di-agramme in Abb. 103 und Abb. 104 sowie die ergänzenden Informationen in der Anlage die jeweiligen Bedarfe und Komfortansprüche je Bewohnergruppe als einzeln betrachtete Wohnung. An den Ergebnissen in Abb. 102 ist bereits zu erkennen, wie sich der Energiebedarf im Gebäude abhängig von der jewei-ligen Nutzergruppe unterschiedlich entwickelt. Es zeigt sich, dass hinsichtlich des Wärmeenergiebedarfs und den resultierenden Komfortnutzungsstun-den, die, in den Simulationen gewählten, Parameter im betrachteten Szena-rio des solar optimierten Bestands mit den daraus resultierenden erhöhten Solarerträgen im Sommer und Energieverlusten im Winter am besten auf die Nutzergruppe des Elternpaars mit Kind ausgelegt ist. Bei einem annähernd gleichbleibendem Wärmebedarf lassen sich die Bedingungen im Innenraum während der Nutzung bezogen aufs Gesamtgebäude trotz der bereits sehr guten Ausgangslage nochmal leicht verbessern. Während andererseits die Hausgemeinschaft der Single-Vollverdienenden aufgrund häufiger Abwesen-heit eine deutlich erhöhte Stundenanzahl mit unbehaglichen Raumkomfort im Bereich Wohnen aufzeigt, ergeben sich für die Hausgemeinschaft aus Seni-oren beispielsweise erneut lediglich für gewisse Zeiten unbehagliche Bedin-gungen in den Schlafräumen. Ein Gebäude aus Mehr-Generationen-Haushal-ten weist demgegenüber wiederum leicht verschlechterte Bedingungen im Vergleich zu dem mit Senioren-Haushalten auf, zeigt aber gelichzeitig insbe-sondere im Wohnbereich deutlich verbesserte Bedingungen gegenüber den Komfortwerten eines Gebäudes mit Haushalten aus Single-Vollverdienenden. Die moderate Verschlechterung der Komfortbedingungen gegenüber der Vari-ante mit Senioren-Haushalten begründet sich auf dem Anteil Berufstätiger, der hinzukommt und ähnlich der Haushalte der Single-Vollverdienenden erneut den Grad der Dynamik innerhalb der genutzten Wohnräume erhöht. Man kann daher an dieser Stelle festhalten, dass mit wachsender Dynamik im Betrieb eines Gebäudes die Interaktionsregelung zunehmend differenzierter auszule-gen und auf die jeweilige Nutzergruppe abzustimmen ist.

Im direkten Vergleich der Ergebnisse je Wohnung und Bewohnergruppe unter-einander lassen sich die zuvor genannten Beobachtungen bestätigen. Es zeigt sich auch hier die prinzipielle Tendenz, dass mit zunehmender Präsenzzeit der

Abb. 100: Ausgangsszenario. Unsanierter Bestand ohne Interaktion - Wärmebedarf des Gesamtgebäudes im Jahr, sowie unterteilt nach Haushalten (szen geb 0-1.1).

Abb. 101: IBS unsanierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-geregelter Fensterlüftung. Darstellung angewandter Interakti-onen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, katego-risiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-1.3).

Abb. 102: IBS solar optimierter Bestand mit gebäude-geregelter Fensterlüftung bei homogener Bewohner-struktur exemplarisch für die Haushaltsgruppe des (1) Single-Vollverdieners (SVV), (2) Seniorenpaars (RPR), (3) Eltern mit Kind (E1K) und (4) Mehr-Genera-tionen-Haushalt (SVVRPR) (szen geb 0-4.3 bis 0-7.3).

I 124










(1) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa8939 26202 26799 4954


(2) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa9855 50922 27918 32855587 32071 15162 15833024 18049 5716 5361244 802 7040 1102

0 0 0 64

(4) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa13191 46122 27918 34777602 28725 15271 17293881 16455 5148 10551695 938 7499 186313 4 0 176

(3) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa16197 28629 35424 54009644 17170 20103 29493924 9230 6380 24162537 2204 8941 3592 25 0 0


Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder


Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



(2)(1)

125 I


Nutzen aus der Air-Control-Regelung steigt. Am deutlichsten lässt sich dies anhand der Entwicklung der Komfortbedingungen des Seniorenpaars im Sze-nario mit saniertem oder solar-optimiertem, saniertem Bestand in den Anlagen in Abb. 158 ff. und Abb. 154 ff. nachvollziehen. Während die zusammenfas-sende Grafik zum Wärmeenergiebedarf in Abb. 104 (3) zeigt, dass der Ener-giebedarf bei der gewählten technischen Interaktionen zwar moderat ansteigt, zeigen die in Tabellenform aufgeführten Stunden der Wohnraumnutzung auf Seite CXC ff. für beide interaktionsgestützten Szenarios deutlich verbesserte Innenraumkonditionen, die nicht zuletzt auf die Air-Control-In-teraktion zurückzuführen sind. Die konstante Nutzungsweise der Wohnräume dieser Nutzergruppe führt in Kombination mit der Interaktionsfähigkeit des Gebäudes, die Lüftung zu regeln, Kategorie-übergreifend zu einer annähernd durchgängigen Verschiebung der Komfortbedingungen während der Nut-zungsphase zu Gunsten der besseren Kategorie. Während der Wohn- und Essbereich (wo-es) des Ausgangsszenarios im sanierten Bestand rund 2900 Stunden mit besten Raumkonditionen der Kategorie I aufweist, sind es in den IBS-gestützten Szenarios bereits 3240 beziehungsweise 3760 Stunden. We-niger eindeutig zeigt sich die Situation am Beispiel des Haushalts des Mehr-Generationen-Wohnens (Abb. 104 (5), Abb. 184 ff.). Die resultierende erhöhte Nutzungsdynamik durch die zusätzliche Person des Single-Vollverdieners führt erneut neben der vergleichsweise hohen Benutzerdichte auf einer Wohn-fläche von 47,05 m2 dazu, dass der Wärmeenergiebedarf bei der ganzjährigen Regelung der Raumluftqualität deutlich ansteigt. Gleichzeitig sind dennoch nicht in allen Räumen der Wohnung pauschal Qualitätsverbesserungen des Raumkomforts erkennbar. Wenn man sich die Entwicklung der Nutzungsstun-den für den Wohn-/Essbereich jedoch beispielhaft betrachtet, bestätigt sich tendenziell die generell getroffene Annahme, dass mit zunehmend konstant genutzten Wohnräumen die Funktionalität des Air Control sich positiv auf die Behaglichkeit im Raum auswirkt.

Wesentlich deutlicher zeigt sich die Abhängigkeit der Interaktionsform von der Anwesenheit der Bewohner, wenn man sich die Gruppe der Berufstä-tigen (SVV, DKS) betrachtet. Die oftmals langfristigen Abwesenheitszeiten, in denen die Wohnräume unbenutzt bleiben führen unter Anwendung der Air-Control-Interaktion in Kombination mit den weiteren angewandten In-teraktionsformen in allen Räumen der Wohnungen zu deutlich erhöhten Nutzungsstunden mit inakzeptablen Raumbedingungen gegenüber der Ausgangssituation. Die Situation der Wohnräume im sanierten Bestand der Single-Vollverdienenden zeigt in der Ausgangslage beispielsweise dauer-haft gut bis sehr gut nutzbare Raumbedingungen. Mit der Einbindung des Gebäudes als interagierende Instanz zur Regelung des Raumkomforts er-geben sich in beiden Szenarien hingegen deutlich verschlechterte Werte hinsichtlich des Raumkomforts (Abb. 128 ff., Abb. 124 ff.) Da sich die Ergeb-nisse der beschriebenen Szenarien aus der Kombination unterschiedlicher, den Raumkomfort beeinflussender Gebäudeinteraktionen zusammenset-zen, sind die beschriebenen Effekte nicht alleine auf die Regelung der Air Control zurückführen. Es ist vielmehr eine Kombination aus der Air Control mit der nachfolgend behandelten Interaktionsform der Heat Control.

Heat Control (hc) Die Funktion der Heat Control orientiert sich an denen auf Seite 81 ff. beschriebenen Interaktionsformen des „Regelung Wohnungs- und Raum-bezogener Konditionierung“ und „Implizite Raumkonditionierung“. Die Heat Control nutzt dabei Heizsysteme, die raumweise mit Thermostatreg-lern und einer maximalen Heizleistung von 1000 Watt ausgestattet über eine gewisse systemeigene technische Intelligenz verfügen, die in den betrachteten Interaktionsszenarien das Heizsystem raumspezifisch und

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



Abb. 103: Wärmebedarfe je Bewohner-gruppe und Wohneinheit: (1) Single Vollverdiener, SVV (2) Dinks, DKS Wärmebedarf einer Woh-nung des Ausgangsszena-rios im sanierten Gebäude ohne Interaktionseigen-schaften (Szen. 1-2.1) im Vergleich zu einer Wohnung im interaktionsfähigen, sanierten (Szen. 2-2.1) beziehungsweise sanierten, solar-optimierten Gebäude (Szen. 3-2.1). Legende:

(1)

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(2)

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

I 126

stufenlos regeln lässt. Die Energiesuffizienz fördernde Interaktionsleistung der Heat Control leitet sich dabei nicht aus der üblicherweise im Bausek-tor angewendeten raumspezifischen Sollwertregulierung von Thermostat-ventilen ab. Diese wird im Rahmen der Arbeit als gegeben angenommen. Die Interaktionsform knüpft vielmehr unmittelbar daran an und ermöglicht in Abstimmung mit der Interaktion des Presence Control gezielt, abhän-gig von der Nutzungszeit, Wohnräume bedarfsgerecht zu temperieren. Es wird also lediglich während der Präsenzzeit die vordefinierte Raumtempe-ratur gewährleistet, wodurch gemäß dem Prinzip von Suffizienz nicht mehr als nötig geheizt werden soll. Aufbauend auf der generellen Aussage der Forschungsergebnisse des Instituts für Energie- und Umweltforschung GmbH (ifeu) (Brischke (2017), Brisckke, Leuser, Duscha et al. (2016)), wonach eine raumweise Differenzierung von Heizsollwerten die Energiesuffizienz von Gebäuden wesentlich beeinflussen lässt, sind in den Szenarien die Sollwerte nach den in Anl-4, Absatz 4.2.2 benannten Temperaturkorridore als Sollwerte für Innenraumtemperaturen differenziert ausgelegt worden.

Die Gebäudeinteraktion der Heat Control verfolgt daher das Ziel, bedarfsgerecht bei Abwesenheit der Bewohner wohnungsbezogen (PCDR) oder auch raumbas-iert (PCRR) das Heizsystem auf ein niedriges Temperaturniveau zu drosseln bezie-hungsweise vollständig auszuschalten. In den Simulationen der einzelnen Nutz-ergruppen sind beide präsenzbezogenen Heizungsregelungen vergleichend in den jeweiligen Diagrammen in Anl-3 „Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen“ gegenübergestellt. In den Diagram-men Abb. 101, in denen das Gesamtgebäude betrachtet wird, und den ge-zeigten Profilen je Nutzergruppe in Abb. 103, Abb. 104 wurde sich hingegen auf die Anwendung der raumbasierten Heizungsinteraktion beschränkt, um den maximal möglichen thermischenergetischen Effekt zu betrachten. Die Auswertung erfolgt entsprechend der Herangehensweise im Rahmen des Air Control immer vor dem Hintergrund der Auswirkungen der Interaktion auf den Raumkomfort. Die Regelung berücksichtigt dementsprechend, dass mit Verlassen der Wohnung in den Simulationen wohnungsweit aktive Heizsy-steme ausgeschaltet und diese mit einem Vorlauf von 30 Minuten vor Wie-dereintreffen der Bewohner zur Einregulierung der Raumtemperatur reaktiviert werden. Während der Anwesenheitsphasen sieht die Regelung abhängig von der Raumnutzung und dem Szenario zudem die raumweise Abschaltung vor. Sobald die Bewohner einen Raum verlassen haben, wird das vorhandene Heizsystem in diesen Szenarien abgeschaltet. Es wird davon ausgegangen, dass die dem Szenario zugrundeliegende Gebäudeintelligenz und Sensorik die Anwesenheit der Bewohner durch Präsenzmelder erfassen und abhängig vom Verhalten durch maschinelle Lernprozesse Heizabfolgen erlernen kann. Mit fortschreitender Nutzungszeit eines Gebäudes sollte sich das Heizverhal-ten daher zunehmend an den individuellen Vorstellungen ausrichten lassen.

Durch das sehr differenziert betrachtete Heizverhalten innerhalb der ein-zelnen Wohnungen beziehen sich die nachfolgenden Aussagen zur Ergeb-nisauswertung primär auf die in Anlage Anl-3 dokumentierten Ergebnisse je Haushaltsform. Bei dem Haushalt des Single-Vollverdienenden (vgl. Abb. 124 ff.) kann somit unter Nutzung der pauschalen wohnungsweiten Heizungsregelung im Szenario des sanierten Bestands (Szen. 2-2.1a) eine thermisch-energetische Einsparung von 16 % gegenüber der Ausgangs-situation erreicht werden. Wenn stattdessen die raumbezogene Form der Heat Control angewendet wird (Szen. 2-2.1b) ergeben sich zusätzliche Einsparpotenziale von 8 % (Abb. 128 (2)). Der Wärmeenergiebedarf eines oder einer alleinstehenden Berufstätigen ließe sich demnach um bis zu 24 % gegenüber dem Ausgangsszenario verringern. Das Beispiel verdeut-licht, welche Potenziale in der Interaktion des Heat Control für den Woh-

Abb. 104: Wärmebedarfe je Bewohner-gruppe und Wohneinheit: (3) Seniorenpaar, RPR (4) Eltern mit Kind, E1K (5) Mehrgenerationen, RPRSVV Wärmebedarf einer Woh-nung des Ausgangsszena-rios im sanierten Gebäude ohne Interaktionseigen-schaften (Szen. 1-2.1) im Vergleich zu einer Wohnung im interaktionsfähigen, sanierten (Szen. 2-2.1) beziehungsweise sanierten, solar-optimierten Gebäude (Szen. 3-2.1).

(4)

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(3)

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(5)

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

127 I


nungsbau stecken. Die pauschale Aussage des ifeu Instituts kann dem-entsprechend prinzipiell bestätigt werden. Vergleicht man die Ergebnisse des Haushalts alleinstehender Berufstätiger mit denen der anderen abge-druckten Haushaltsformen, zeigt sich zudem jedoch, dass sich eine generelle Senkung des Energiebedarfs für Wärme durch konsequentes Abschalten der Heizsysteme nicht ergibt. Die Höhe des Einspareffektes hängt viel mehr stark von der im einzelnen betrachteten Nutzungsweise und Bewohnergruppe ab und ist dementsprechend in zukünftigen Projekten einzeln zu prüfen. Den Er-gebnissen des vorliegenden Projektes zur Folge kehrt sich mit zunehmender Personenanzahl im Haushalt beziehungsweise daraus resultierenden Aufent-haltszeiten in den Wohnräumen nach gewisser Zeit die vorteilsstiftende Funk-tion der Heat-Control-Interaktion um und generiert, sowohl hinsichtlich der wohnungsweiten wie auch der raumbezogenen Anwendung, höhere Wärme-bedarfe in der Gesamtbilanz der Wohnung. Der Haushalt der Kleinfamilie als Eltern mit Kind (E1K) erreicht dadurch bei einer raumweisen Anwendung der Heat Control im Szenario mit saniertem Bestand (Abb. 173 (2)) beispielsweise noch eine Senkung von circa 6 % gegenüber dem Ausgangsszenario, wohin-gegen bereits eine wohnungsweite Anwendung des Interaktionsservice eine Erhöhung von 36 % gegenüber dem Vergleichswert generiert. Bei den Be-wohnergruppen des Seniorenpaars (RPR, Abb. 158 (2)) oder auch dem Drei-Personen-Haushalt des Mehr-Generationen-Wohnens (RPRSVV, Abb. 189 (2)) führen sowohl die raumweise, wie auch die wohnungsweite Anwendung der Heat Control immer zu erhöhten Gesamtwärmebedarfen.

Das Szenario (szen. 3-2.1) solar-optimierter Bestand mit vollflächiger Vergla-sung der Südfassade wurde in Ergänzung zu den vorangestellten Betrach-tungen wie beschrieben vordergründig definiert, um Grenzwerte der dyna-mischen Anpassungsfähigkeit eines Gebäudes mit integrierter Intelligenz auszuloten. Welchen Einfluss kann ein interagierendes Gebäude auf den Wärmehaushalt ausüben? Vor dem Hintergrund dieser Frage ist in dem Zu-sammenhang der in der Regel konstruktiv gelöste sommerliche Wärmeschutz dahingehend überprüft worden, inwieweit alternativ technisch dynamische Eigenschaften eines Gebäudes diese Funktion erfüllen können. Dementspre-chend wurden durch die vollflächige Verglasung der Fassade nach Süden ge-zielt die in Normen, wie in DIN 4108-2 „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden“ (NaBau (2005)), empfohlenen Verglasungsanteile überschritten, um somit die Grenzen der Anpassungsfähigkeit interaktionsfähiger Gebäude zu betrachten. Die pauschale Auswertung der Simulationsergebnisse lässt dabei prinzipiell eine weitere Einsparung an Wärmeenergie gegenüber dem SUI- 0-2.1+4.1.5 DKS-schlafen

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DKS - Temp. SchlafbereichBST solar-optimiert, sanierter, m.I.

Woche: 2019-02-25 bis 2019-03-03DKS - Temp. Schlafbereich BST saniert, o.I.

Heat Capacity

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Heat Capacity

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[°C] [W] 350

[°C] [W] 350

Operative Temperature [°C]Local Heating Unit [W]Occupant Presence [W]Setpoint min Temp, living [°C]Control Bug

(2)

(1)

I 128

Szenario des interaktionsfähigen Gebäudes im sanierten Bestand zwischen 0 % bis 9 % erkennen, wie beispielsweise Abb. 124 im Vergleich zu Abb. 128 zeigen. Es wird jedoch gleichzeitig deutlich, dass abhängig von der betrach-teten Nutzergruppe eine allgemeine Tendenz zu erkennen ist, nach der die Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort in der solar-optimierten Variante geringfügig bis moderat gegenüber der Variante im sanierten Be-stand zunehmen. Dies lässt sich durch den nicht unwesentlichen Eingriff in die bauphysikalischen Eigenschaften der Hüllflächen erklären, wonach der mitt-lere Wärmedurchgangskoeffizient durch den höheren Anteil an transparenten Bauteilen ansteigt und der Wärmeverlust über die Fassade zunimmt. Gleich-zeitig wird jedoch deutlich, dass die Interaktion des Gebäudes durch die nur moderat verschlechterten Raumkonditionen wesentlich den Energieeinsatz und thermischen Komfort beeinflussen lässt. Nach eigener Einschätzung sind bei einer weiteren verfeinerten Abstimmung der im Gebäude aktiven, sich teil-weise ergänzenden Interaktionsformen die Ergebnisse des betrachteten Sze-narios noch weiter optimierbar. Über die vorliegenden Forschungsergebnisse hinaus sind daher die Grenzen der möglichen Einflussnahme baulicher Inter-aktionen auf den Energiehaushalt noch differenzierter zu betrachten.

Zusammenfassend lässt sich allgemein Nutzergruppen- und Szenario-über-greifend feststellen, dass mit wachsender Einflussnahme des Gebäudes vordergründig betrachtet die Anzahl an Stunden mit inakzeptablem Innen-raumkomfort zunimmt gegenüber dem Ausgangsszenario ohne Interakti-onsmöglichkeit des Gebäudes. Während die einzelnen Interaktionsservices des Gebäudes sich eigentlich gewinnbringend begünstigen sollten, um eine gesamtheitliche Erhöhung der Energiesuffizienz bei verbesserten oder gleich-bleibenden Nutzungskomfort zu erreichen, ergeben sich vor allem aus den zugrunde gelegten statischen Festlegungen einzelner Komfortparameter Handlungskonflikte für das Gebäude, die sich in unbehaglichen Raumkon-ditionen äußern. Ein Beispiel in diesem Zusammenhang ist die Abwägung des Gebäudes zwischen der Raumluftqualität und der Raumtemperatur, bei der das Gebäude nach einer definierten Vorrangregelung die einzelnen Ein-flüsse abwägt und entscheidet. In vertiefenden Untersuchungen ist diese Re-gelung beispielsweise zu ersetzen durch eine dynamisch anpassungsfähige Regelung, woraus sich letztlich die potenziell bestehenden Ungenauigkeiten hinsichtlich der resultierenden Komfortnutzungsstunden bereinigen lassen. Der Vergleich der verschiedenen Nutzungsweisen der einzelnen Haushalte verdeutlicht diesen Aspekt. Die Haushalte mit einer annähernd dauerhaften Nutzung der Wohnung (RPR, SVVRPR) erleichtern dem Gebäude, die Ent-

Abb. 105: Heat Control. Beispiel zur Auswirkung der Gebäudeinteraktion der Heat Control auf den ther-mischen Komfort im Schaf-zimmer (Sc) und Wohn-/Kochbereich (WoKo) einer einzelnen Wohnung der Bewohnergruppe Double Income No Kids (DINKS, DKS). Vergleich zwischen dem (1) Ausgangsszenario ohne Interaktion (szen. 1-2.1a) und dem (2) solar-optimierten, sanierten Bestand mit Interaktions-fähigkeiten des Gebäudes (szen. 3-2.1b).

SUI- 0-2.1+4.1.5 DKS-schlafen

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DKS - Temp. SchlafbereichBST solar-optimiert, sanierter, m.I.

Woche: 2019-02-25 bis 2019-03-03DKS - Temp. Schlafbereich BST saniert, o.I.

Heat Capacity

Room Temperature

Heat Capacity

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[°C] [W] 350


SUI- 0-2.1+4.1.5 DKS-wohnen kochen

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(2)

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129 I


Abb. 106: Shade Control. Beispiel zur Auswirkung der Interaktionsform der Shade Control auf die Nutzung des Verschat-tungssystems und der Innenraumbeleuchtung im südorientierten Wohn-Küchen-Bereich eines Seniorenpaars (RPR) im Vergleich zwischen dem Ausgangsszenario (1) (szen. 1-2.1a) und dem IBS-Szenario im sa-nierten, solar-optimierten Bestand (2); als Jahresü-bersicht und (3) Typtagbe-trachtung (szen. 3-2.1b).

scheidung zur Handhabung der einzelnen Interaktionsmöglichkeiten, da bei-spielsweise das Heizsystem in der Heizperiode nie vollständig abzuschalten ist. Es entstehen dadurch, wie die Ergebnisse zeigen, kaum Komforteinbu-ßen in den betrachteten Wohnungen. Bei den Bewohnergruppen, die häufig außerhalb der Wohnung unterwegs sind, hingegen hat das Gebäude stän-dig abzuwägen, ob es sich energetisch und hinsichtlich der Entwicklung des Komforts im Innenraum lohnt, das Heizsystem zu deaktivieren. Die statischen Regelungsparameter erlauben dem Gebäude dabei wie beschrieben, bis-her nicht angemessen dynamisch auf das Nutzerverhalten zu reagieren. Wenn man die Diagramme zur Temperaturentwicklung im Haushalt der DINKS in der Winterperiode in Abb. 105 betrachtet, zeigt sich, dass in der solar-optimierten Variante somit teilweise Innenraumtemperaturen unterhalb der eigentlich festgeschriebenen Minimalwerte auftreten. Das Verlassen der Wohnung durch die Bewohner führt dazu, dass die Heizsy-steme ausgeschaltet werden und sich die Wohnung während der Zeit der Abwesenheit relativ stark auskühlt. Die statisch festgelegte Vorlaufzeit von dreißig Minuten reicht dabei teilweise nicht aus, um vor Wiedereintreffen der Bewohner die gewünschte Sollwerttemperatur erneut bereitzustellen. Die Regelung des Heat Control ist dementsprechend in weiterführenden Untersuchungen dynamisch auszulegen, um ähnlich der getroffenen dif-ferenzierten Regelung während der Nutzungsphase auch in Zeiten unge-nutzter Wohnräume ablaufende thermisch-dynamische Prozesse ange-messen zu berücksichtigen.

Shade Control (sc) Eine weitere, als Nebenfunktion im Zuge der Betrachtung thermischer Be-haglichkeit in Innenräumen insbesondere im sanierten, solar-optimierten Szenario zum Tragen kommende Gebäudeinteraktion ist die Shade Con-trol. Während der Einsatz automatisch geregelter Systeme zur Steuerung von Blend- und Sonnenschutzelementen im Bürobau gängiger Standard sind, findet diese Option zur dynamischen Beeinflussung des Energie-haushalts im Wohnungsbau bisher nur selten Anwendung. Dabei ermög-lichen die Gebäude-aktiv geregelten Verschattungselemente abhängig vom Innenraumkomfort, die vorab ausgetestete architektonische Freiheit über die Größe von Verglasungsanteilen in der Fassade nachzudenken. Die primäre Aufgabe dieser technischen Interaktion besteht demnach da-rin, den sommerlichen Wärmeschutz weiterhin im Gebäude zu gewährlei-+ + =

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technisch/nutzung

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2.Ordnungintern




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innen



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impliziteFunktion

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0:00 12:00 24:00

RPR - Solarertrag trans. BT. WoKoBST solar-optimiert, saniert, m.I. RPR - Shade Control WoKo - 21/03/19

BST solar-optimiert, saniert, m.I.Year: from 2019-01-01 to 2019-12-31

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RPR - Solarertrag trans. BT, WoKoAusgangsszenario, BST saniert, o.I.Year: from 2019-01-01 to 2019-12-31

0:00 12:00 24:00

RPR - Shade Control WoKo - 01/03/19BST solar-optimiert, saniert, m.I.

Anwesenheit Bewohner


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1416 1428 1440


1896 1908 1920

(2)

(3)

I 130

sten. Gleichzeitig fördert sie, die solaren Energieeinträge über die transpa-renten Bauteile während der Wintermonate zu optimieren und kann somit zur Reduktion thermisch-energetischer Bedarfe im Gebäude beitragen. Die Shade Control begünstigt demnach abhängig von der Innenraumsitu-ation die passive Nutzung von Solarenergie.

Die Funktion ist dementsprechend in allen interaktionsgestützten Szenarien als integraler Bestandteil der allgemeinen Interaktionsstrategie des Gebäudes angewendet worden. Da sich die direkten Energiesuffizienz fördernden Aus-wirkungen der Shade Control aufgrund der Einbindung in die Gesamtstrategie des Gebäudes nur schwer separieren lassen, wird stattdessen die Systematik hinter der Interaktionsform erläutert. Hierzu eignet sich die der in Abb. 106 dar-gestellten Beispieltage der Wohnung eines Seniorenpaars im Monat März. Im direkten Vergleich der Jahresübersicht zweier Szenarien zu den solaren Ge-winnen über die transparenten Bauteile in dem nach Süden orientierten Raum Wohn-Koch-Bereich der Wohnung wird die Funktionsweise deutlich. Durch das Herunterfahren des außenliegenden Sonnenschutzes wird der Solarein-trag in den Raum trotz des zugrunde gelegten, annähernd hundertprozentigen Verglasungsanteils der Fassade (Abb. 106 (2)) gegenüber dem Ausgangssze-nario (Abb. 106 (1)) deutlich abgesenkt. Die Betrachtung einzelner, repräsenta-tiver Beispieltage im Szenario mit angewandter Shade Control bestätigt diese vorteilsstiftende Beobachtung der Interaktionsform (Abb. 106 (3)). Während zu Beginn des Monats März im betrachteten Fall aufgrund moderater Innen-raumtemperaturen noch kein Sonnenschutz benötigt wird, ist bereits zum Mo-natsende durch den hohen Transparenzgrad der Südfassade (szen. 3-2.1b) in der Mittagszeit der Sonnenschutz des Gebäudes heruntergefahren, da die Innenraumtemperatur ansteigt und sich der festgelegten maximalen Sollwert-temperatur für Wohnräume annähert. Durch die Prognose noch zu erwar-tender Solarerträge im Tagesverlauf und der Gefahr, ohne Sonnenschutz den Grenzwert zu überschreiten, reagiert das Gebäude vorausschauend und fährt den Sonnenschutz herunter. Die intermediäre Interaktionsform berücksichtigt dementsprechend abhängig von der aktuell an der Fassade anliegenden So-larstrahlung den resultierenden Solarertrag aufgrund des Verschattungsgrads und der daraus folgenden Raumtemperatur.

Die Anwendung dieser Form baulicher Interaktion ist gleichermaßen denkbar mit dem primären Fokus auf die Belange im Innenraum. Im Fall einer per-sonenintensiven Nutzungsweise des angrenzenden Raums, wie beispiels-weise einer Familienfeier oder bei Haushaltsformen mit mehreren Per-sonen, würde das Gebäude aufgrund der erhöhten internen Wärmelasten durch die anwesenden Personen den Sonnenschutz potenziell aktivieren, um Übertemperaturen zu vermeiden. Die wachsende Intensität in der Ver-wendung des Shade Control mit zunehmender Personenzahl dokumen-tieren die in Anl-3 gegebenen Diagramme zum Shade Control einzelner Interaktionsszenarien je Nutzergruppe. Während beim Single-Vollverdie-nenden beispielsweise in Abb. 126 oder Abb. 130 (2)) immer ein relativ geringer Nutzungsgrad des Sonnenschutzes vorliegt, verlängert sich die Zeit und Intensität zur Verwendung des Sonnenschutzes beispielsweise deutlich in der Wohnung des Mehr-Generationen-Haushalts (Abb. 186, Abb. 190 (2)). Nutzergruppen-übergreifend besteht dabei die Möglichkeit, dass während des Tages durch das Herunterfahren des Sonnenschutzes und daraus resultierenden Einbußen in der Helligkeit, die Beleuchtung des Raums parallel durch das Gebäude eingeschaltet wird. Durch die in den Simulationen zugrunde gelegten Leuchtmittel als LEDs mit einer hohen Lichtausbeute von 180 Lumen pro Watt, wird die Wärmeentwicklung des Kunstlichts im Verhältnis zum Solarertrag nicht verschatteter Fensterflä-che vom Gebäude richtigerweise vernachlässigt.

131 I


Light Control (lc) Das Prinzip der Light Control wurde neben der Shade-Control-Funktion als weitere Grundkonfiguration bei der Interaktionsfähigkeit von Gebäuden in allen interaktionsgestützten Szenarien angewendet. Während Kunstlicht im Bürobau aus Gründen des Blend- oder Sonnenschutzes auch am Tage üblicherweise eingesetzt wird, ist der Einsatz künstlicher Beleuchtung von Wohnräumen während des Tages in der Regel untypisch. Heutzutage ver-fügbare Leuchtmittel bieten dabei aufgrund der hohen Lichtausbeuten bei tageslichtähnlichen Helligkeiten und Lichtfarben3 mittlerweile denkbare Alternativen zur direkten Tageslichtnutzung. Wenn in einem Gebäude le-diglich der energetische Aspekt im Hinblick auf die Ausleuchtung eines Raums entscheidend wäre, würde dementsprechend die Verwendung von Kunstlicht bevorzugt verwendet werden, um mögliche ungewollte Wärme-lasten durch Solareintrag zu vermeiden. Allerdings erfüllen Fensterflächen und Transparenzen der Gebäudehülle neben dem rein physikalischen As-pekt der Helligkeit im Raum gleichzeitig weitere wesentliche Funktionen zur Verbesserung des Innenraumkomforts. Der Bezug zum Außenraum und damit zur umliegenden Nachbarschaft durch visuelle Kommunikation der Bewohner ist ein weiteres wesentliches Kriterium, welches unmittel-bare Rückschlüsse auf die Behaglichkeit eines Raums zulässt.

Diese architektonischen Aspekte von Transparenz im Gebäude werden Im Rahmen der Anwendung der Light Control als gegebene Rahmenbedin-gungen zugrunde gelegt und nicht tiefergehend betrachtet. Die Light-Control-Interaktion konzentriert sich hingegen auf die Einbindung von Kunstlicht in das Gesamtkonzept eines vernetzten, Energiesuffizienz fördernden Gebäudes. Dementsprechend wird die Innenraumbeleuchtung alternativ zum Tageslicht ähnlich dem Bürobau als ganztägig nutzbar eingeplant, um die Helligkeiten im Raum abhängig von der Nutzungsphase und der Entwicklung der Raum-temperatur zu gewährleisten. Die bereits benannte hohe Lichtausbeute der verwendeten LED mit 180 Lumen pro Watt und die daraus resultierenden, vernachlässigbaren Strombedarfe und geringen Wärmelasten je Wohneinheit gemäß getätigter Simulationen zwischen 20 bis 32 Kilowattstunden im Jahr bei einem Anteil am Jahresstrombedarf von maximal 4 % hat dazu geführt, dass die Beleuchtung nicht, wie zu erwarten gewesen wäre, im Kapitel zu elektroenergetischen Interaktionsmöglichkeiten betrachtet wurde, sondern als Teil einer thermisch-energetischen Interaktionsstrategie verstanden wird.

Das Gebäude gewährleistet abhängig vom Bewohner und dessen Präsenz-zeiten nach Nutzung differenzierte Mindestbeleuchtungsstärken und schaltet das Licht im Raum bedarfsbezogen an und auch wieder aus. Die implizite 3 Lichtfarbe: Jede Lichtquelle strahlt Licht mit einer bestimmten Lichtfarbe ab, die durch ihre Farbtemperatur in Kelvin [K] gekennzeichnet ist.

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

3.Ordnungextern





innen



Abb. 107: Light Control. Exemplarische Darstellung der sensitiven Eigenschaf-ten eines interaktionsfä-higen Gebäudes die Tem-peratur eines Raums unter Anwendung des Shade Control in Kombination mit der Interaktion des Light Control und Heat Control zu koordinieren: (1) Verlauf des solaren Energieeintrags eines Jah-res durch die Fenster der Schlaf- und Wohnräume betrachteter Wohneinheit. (2) Typischer Temperatur-verlauf und Reaktion des Gebäudes im Innenraum während eines Sommer-tages des Haushalts der Kleinfamilie.

0

2112

4400

6512

8760

-100

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-100

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800

2112

4400

6512

8760

Solar Gain through Windows [W]Trend

[W]

[h] [h]

Time

RN-ru/sc RN-wo/ko

(1)

I 132

Funktion resultiert letztendlich aus der Notwendigkeit, die erwarteten Hel-ligkeiten ganztägig im Raum zu gewährleisten, während das Gebäude gleichzeitig den thermischen Komfort des Raums koordiniert. Aus Grün-den der Angemessenheit ist in diesem Zusammenhang die Frage berech-tigt, ob nicht bei auftretendem Unbehagen bezüglich der Helligkeit der Bewohner weiterhin eigenständig das Licht im Raum an- und ausschaltet. Im Rahmen der exemplarischen Untersuchung wurde diese Regelung je-doch als Teil der Interaktionsstrategie bewusst integriert, um den Grad der Flexibilität regelbarer Komponenten zu steigern und daraus resultierende Entscheidungen des Gebäudes nachzuvollziehen. In den Simulationen sind dabei je Raum Standardleuchten eingesetzt worden, die als Decken-strahler Berücksichtigung fanden. Alternativ ist die Beleuchtung auch als integraler Bestandteil einer multifunktional ausgelegten, sensitiven Oberfläche des Raums denkbar, wie es in den Beispielen in Abb. 59 des Kapitels Kap. VI gezeigt ist, um den interaktiven Umgang mit Kunstlicht im Raum zu steigern. Da diese Anwendung aus betriebsenergetischen Aspekten keinen Suffizienzvorteil erwarten lässt, wurde im Rahmen der Projektstudie darauf verzichtet, diese Möglichkeit näher zu untersuchen.

Im Hinblick auf die Auswirkungen der Light-Control-Interaktion auf die En-ergiesuffizienz der simulierten Wohnung stellt sich die Situation ähnlich dar, wie bezüglich des Einflusses der Shade Control, weshalb ebenfalls zur Einordnung des spezifischen Effekts in Abb. 107 primär die Funktiona-lität als exemplarischer Auszug dargestellt wird. Während in Abb. 107 (1) der Solarenergie Eintrag über das Jahr betrachtet wird und sich erkenn-bar lässt, dass in den Sommermonaten mittels der gewählten Interakti-on der Eintrag deutlich reduziert werden kann, zeigt Abb. 107 (2) parallel dazu den thermischen Hintergrund im Innenraum, der zur Interaktion des Gebäudes führt. Die Temperaturentwicklung innerhalb der Wohnung, die von einem Elternpaar mit Kind (E1K) bewohnt wird, führt dazu, dass mit ansteigender Innenraumtemperatur der südlich gelegenen Räume wäh-rend der Mittagszeit die Verschattung heruntergefahren wird. Dadurch verringert sich der Tageslichtfaktor zum Nachmittag, so dass das Gebäu-de zur selben Zeit die Beleuchtung der beiden Räume einschaltet und die gewünschte Beleuchtungsstärke gewährleistet. Ohne die Verschattung der Fassade und die Verwendung des Kunstlichts während des Tages würde durch die gegebenen Solarstrahlung die Innenraumtemperatur an mehreren Tagen des Sommers sowie vereinzelt auch an Übergangstagen unbehagliche Konditionen schaffen. Die aus dem gewählten Leuchtmittel resultierenden, geringen Wärmelasten ermöglichen hingegen die von der Nutzung abhängige Helligkeit weiterhin bieten zu können.

Im Hinblick auf die dabei anklingenden, Akzeptanz fördernden Möglich-keiten von Beleuchtungssystemen ließe sich die Verwendung von Kunst-licht als vernetzter Bestandteil eines interaktionsfähigen Gebäudes durch die ergänzende Einbindung des Lichtkonzepts Human Centric Lighting (HCL) erweitern. Die konzeptbedingt betonten Eigenschaften, durch dif-ferenzierte Lichtstimmungen konkrete Nutzungsweisen von Räumen optisch zu unterstützen, ermöglichen tendenziell auch in spezifischen Situationen thermisch-energetische Aufwendungen weiter beeinflussen zu können. Die bisher in den einzelnen Szenarios relativ pauschal einge-bundene Nutzungsweise der Räume, indem lediglich die Anwesenheit im Raum nachvollzogen wurde, würde durch Ergänzung des HCL abhängig von beispielsweise der Tageszeit oder der Aktivität der Bewohner weitere visuelle Lichtwirkungen ermöglichen, die sich „emotional“ auf die Bewoh-ner auswirken und potenziell die Verhaltensweisen der Bewohner Komfort und Energiesuffizienz fördernd beeinflussen lassen.

N

ru/sc wo

wo/es

Innenhof

Straße

zw/er

sa

WE1

wo/ko

Freitag 19/06/21 10:00

N

WE1

!

Raumtemperaturkritisch

12:00

N

WE1

Verschattungaktiv

Kunstlichtan

16:00

(2)

133 I


Abb. 108: Verschattungsverlauf auf der Südfassade des analysierten Wohnungsbaus in geschlos-sener Blockrandbebauung in Frankfurt am Main.

Nutzergruppen spezifisch ausgelegte Gebäudeinteraktion im Vergleich zur pauschal ausgelegten Interaktionsstrate-gie des Gebäudes

Die einzelnen Untersuchungen zur thermischen Einflussnahme des Ge-bäudes durch technischen Interaktionsweisen haben gezeigt, das ten-denziell eine erhöhte Interaktionsfähigkeit des Gebäudes erlaubt, ge-zielt Dynamiken aus der Nutzungsweise zu unterstützen. Im Folgenden wird nun abschließend betrachtet, wie sich eine erste Näherung an eine Nutzergruppen-spezifische Auslegung der Gebäudeinteraktion auf den Wärmeenergiebedarf und den Raumkomfort auswirkt, und ob erkannte Schwierigkeiten einer pauschal im Gebäude angewendeten Interaktions-strategie sich merklich verbessern lassen. Es sind dabei sowohl in der Fassadengestaltung, wie auch der angewendeten Interaktionsweise des Gebäudes je Wohneinheit die Rahmenbedingungen aus den umgebenden städtebaulichen Gegebenheiten sowie die internen, Nutzergruppen spezi-fischen Eigenheiten berücksichtigt worden. Dementsprechend lassen die Ergebnisse ein realitätsnahes Potenzial zur thermisch-energetischen Suf-fizienzsteigerung erwarten. Das simulierte Gebäude wurde aufgrund um-gebender Bebauungen und der daraus resultierenden Verschattungssitu-ationen bis zum ersten Obergeschoss als sanierter Bestand und ab dem zweiten Obergeschoss durch erwartete höhere Einstrahlungswerte auf der Fassade als solar-optimierter sanierter Bestand ausgeführt. Abhängig davon und den im Zusammenhang mit der Interaktion des Air Control und Heat Control beschriebenen Ergebnissen erfolgt eine Nutzergruppen-spe-zifische Anpassung der Interaktionsfähigkeit des Gebäudes. Wie in Abb. 109 aufgeführt, wird für den Mehr-Generationen-Haushalt aufgrund der dauerhaften Anwesenheit einzelner Haushaltsmitglieder auf die Funktion des Presence Control und Heat Control verzichtet. Im Zusammenhang mit den Nutzergruppen der alleinstehenden Vollverdienenden und dem Haus-halt der DINKS wird bezüglich der langen Abwesenheitszeiten am Tage auf die Interaktionsform des Air Control verzichtet.

Die aus den Simulationen resultierenden Ergebnisse in Abbildung Abb. 109 zeigen für das sanierte Gebäude mit teilweise solar-optimierten Fas-sadenbereichen, dass gegenüber der Ausgangslage unter Anwendung von Gebäudeinteraktionen Senkungen im Wärmeenergiebedarf des Ge-samtgebäudes von 10 % realistisch sind. Die Senkung an genutzter Wär-meenergie führt dabei gleichzeitig zu einer lediglich geringfügigen Ver-schlechterung der Komfortbedingungen während der Nutzungsphasen. Wenn man die Ergebnisse dieser Einzelgebäudebetrachtung zugrunde legt und auf den Gesamtbestand an Geschosswohnungsbauten projiziert, wird auch unter Berücksichtigung gewisser Minderungseffekte aufgrund alternativer, projektspezifischer Bedingungen deutlich, welches energe-tische Einsparungspotenzial sich durch Nutzung der dynamischen An-passungsfähigkeit von Gebäuden generieren lässt. Die Ergebnisse in Abb. 109 ergänzt um die Zahlenwerte und Diagramme der Szenarios in Abb. 98 und Abb. 99 zeigen zusammenfassend, dass sowohl bei Gebäude-pauschal wie auch Nutzergruppen-spezifisch ausgelegten Interaktions-weisen, aufbauend auf klassischen energetischen Sanierungen, weitere wesentliche Potenziale zur Wärmeenergieeinsparung bestehen.

Im Hinblick auf die im Rahmen des pauschalen Ansatzes gewählten, Konfigurationen an Interaktionen des Gebäudes lässt sich rückblickend erkennen, dass dabei letztlich eine für den Anwendungsfall der Kleinfa-milie annähernd idealtypische Auslegung getroffen wurde. Die Ergeb-

09:00 09:00

11:00 11:00

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21/12/19 21/07/19

I 134


Sondernutzung GewerbePaar DINKSPaar RentnerSingle Vollverdiener

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UG

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1.OG

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Während der Wintermonate ganztägig verschattet.


Sondernutzung GewerbePaar DINKSPaar RentnerSingle Vollverdiener

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Während der Wintermonate ganztägig verschattet.

Abb. 109: Vergleich der Haushalts-spezifischen Variante als solar optimierter Bestand mit Wohneinheit-/Nutz-ergruppen spezifisch an-gewendeten Interaktions-möglichkeiten. Darstellung angewandter Interaktionen je Nutzergruppe, differen-zierter Ausbildung der Hüll-flächen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, katego-risiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-12.4).

nisse der Wohneinheit mit dieser Nutzergruppe zeigen, dass angefan-gen vom unsanierten Bestand bis zum solar-optimierten Szenario in der entsprechenden Wohneinheit Wärmeenergie eingespart und gleichzeitig die Komfortkriterien im Vergleich zu den Bedingungen des Ausgangss-zenarios gewahrt werden konnten. Auch wenn man die Ergebnisse der Konfiguration des Gesamtgebäudes mit einer homogen ausgelegten Bewohnerstruktur aus jeweils gleichen Haushaltszusammensetzungen letztlich als theoretisches Gedankenspiel ansehen muss, bestätigen die Ergebnisse in Abb. 102 (3) dennoch erneut, dass die gewählten Möglich-keiten des Gebäudes, mit dessen Bewohnern zu interagieren, am besten auf die Verhaltensweisen der Kleinfamilie abgestimmt sind. Während die auftretende Gleichzeitigkeit in der Nutzung von Räumen und Ausstat-tungen bei allen weiteren, vergleichend betrachteten Bewohnergruppen zu deutlich höheren Wärmebedarfen führt, ergeben sich für die Nutz-ergruppe der Kleinfamilie weiterhin annähernd gleichbleibende Bedarfe gegenüber dem Vergleichswert des Gebäudes mit heterogener Haus-haltszusammensetzung.


(2) occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa8940 26802 26799 4957

I (best) 4522 ( ) 14487 ( ) 13621 ( ) 2605 ( )II (good) 2455 ( ) 9740 ( ) 3804 ( ) 1180 ( )III (acceptable) 1920 ( ) 2532 ( ) 9374 ( ) 1152 ( )IV (unacceptable) 43 ( ) 43 ( ) 0(-) 20 ( )

(3)


SVV no

DKS no

RPREIKRPRSVV no no

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Mehr/Weniger im Vergleich zu szen. 0-2.1

( ) ( )

135 I


KAp. VIII Zusammenfassung und Ausblick

Abb. 110: Diogenes in der Tonne ergänzt um die Möglichkeit sich digital zu vernetzen.

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Gutenberg > Wilhelm Busch > Diogenes und die bösen Buben von Korinth

Wilhelm Busch: Diogenes und die bösen Buben von Korinth - Kapitel 1

Navigation:

Wilhelm BuschDiogenes und die bösen Buben von Korinth

Nachdenklich liegt in seiner TonneDiogenes hier an der Sonne.

Ein Bube, der ihn liegen sah,Ruft seinen Freund; gleich ist er da.

Nun fangen die zwei TropfenAm Fasse an zu klopfen.

Kapitel 1

Schließen

type comics

booktitle Münchener

Bilderbogen

author Wilhelm Busch

year 1997

publisherFackelträger Verlag

address Hannover

isbn 3-7716-2504-1

title Diogenes und die

bösen Buben von

Korinth

pages 55-61

sender gerd.bouillon@t-

online.de

I 136

1. Zusammenfassung

Der eingangs der Arbeit dargelegte globale und Deutschland-spezifische Hin-tergrund zum Umgang mit Ressourcen und Energie im Allgemeinen und in konkretem Bezug auf den Gebäudesektor führte zu den in Kapitel Kap. I, 2 benannten forschungsleitenden Fragestellungen. Im Verlauf der Arbeit wer-den dementsprechend hierzu verschiedene inhaltliche Schwerpunkte behan-delt und aus den gewonnenen Erkenntnissen zusammenfassend nachfol-gend die Forschungsfragen beantwortet. Die in allen drei Forschungsfragen anklingende Hypothese, dass durch gezielt eingesetzte Gebäudeintelligenz die Energiesuffizienz eines Gebäudes erhöht werden kann, lässt sich dabei allgemein bestätigen. Die Ergebnisse der Arbeit belegen, dass sowohl hin-sichtlich der Verwendung thermischer, wie auch elektrischer Energie situa-tionsbezogen durch bauliche Interaktionsfähigkeiten der Energieeinsatz im Gebäude verändert und dadurch potenziell verbessert beziehungsweise re-duziert werden kann. Insbesondere im Hinblick auf die Auswirkungen auf den thermischen Komfort hat sich gezeigt, dass die Interaktionsfähigkeit eines Gebäudes die nötige Flexibilität bieten muss und kann, sich an wechselnde Erwartungshaltungen der Bewohner anzupassen. Die Arbeit zeigt, dass die passende Auslegung der Interaktionsfähigkeit eines Gebäudes auch zukünf-tig die grundlegende Schwierigkeit darstellen wird, wenn es darum geht, eine am Bedarf der Nutzung orientierte, techniksuffiziente Lösung zu entwickeln. Die im Rahmen der Arbeit entstandenen Nutzergruppenprofile mit den jeweils spezifischen Präsenzzeiten und thermischen wie elektrischen Ansprüchen er-lauben in diesem Zusammenhang, eine erste näherungsweise Einschätzung vorzunehmen, welche technische Interaktion des Gebäudes Suffizienz för-dernde Eigenschaften entwickeln kann.

In diesem Zusammenhang stellt das während der Projektphase erarbei-tete IBS-Bewertungsmodell eine Möglichkeit dar, vergleichende, grund-legende Aussagen zum energetischen (thermisch und elektrisch) Einfluss einzelner Interaktionsformen im Wohnungsbaus treffen zu können. Die im Zusammenhang mit dem Modell entstandenen Datengrundlagen, die in den Kapiteln der Anlage „Gebäudetypologische Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche“ und „Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren tech-nischen Ausstattungen“ zusammengefasst sind, erlauben neben Aussagen zu energetischen Effekten andererseits, vergleichende Bewertungen zu den Ansprüchen nach Wohnraum und Fläche abzuleiten. Mit denen der Arbeit zugrundeliegenden Ergebnissen lassen sich demnach über die Forschungs-arbeit hinaus Raumangebote und Nutzungsweisen konkreter Wohnräume und Wohngebäude analysieren und hinsichtlich ihrer suffizienten Umsetzung grundlegend bewerten.

1.1 Gebäudesuffizienz als Bewertungsmaßstab einer angemessenen Architektur (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 1)

Die Frage zur Suffizienz im Gebäude beschäftigt sich grundlegend mit der angemessenen Wahl an Raumvolumen und technisch infrastrukturellen Ausstattungen in Abhängigkeit zur Nutzungsweise des Gebäudes. Wäh-rend die Nutzung selbst in der Regel erst einmal als grundlegend gege-bene Anforderung existiert, lassen sich der Einsatz an Raum und Technik in Größe und Ausführung planerisch steuern. Dabei beeinflussen sich der Raum- und Technikeinsatz gegenseitig. Im Rahmen der Arbeit hat sich gezeigt, dass mittels des Persuasive Computing, der Beeinflussung von Entscheidungsprozessen durch Computersysteme, letztlich auch die

Abb. 111: Gebäudesuffizienz.

© AND. studio für architektur und nachhaltigkeitsdesign Christoph Drebes


BETRIEBS- GRAUE ENERGIE&

Raumsuffizienz

Techniksuffizienz

Nutzungssuffizienz

137 I

Zusammenfassung und Ausblick

Nutzungsweise von vorhandenen Räumen und verfügbarer technischer Ausstattungsobjekte zu einem gewissen Grad beeinflussbar ist. Dadurch bieten die in Abb. 111 dargestellten und untereinander in Beziehung ste-henden, drei grundlegenden Ebenen zur Verbesserung der Gebäudesuffi-zienz Gestaltungsspielräume, die räumliche, technische und energetische Suffizienz eines Gebäudes zu beeinflussen. Wenn ein Gebäude im Bezug zu vorliegender Nutzung beispielsweise unverhältnismäßig große Raumvo-lumen besitzt ließe sich der vorangestellten Aussage folgend durch erhöh-ten technischen Aufwand der erwartete thermische Raumkomfort erreichen. Andererseits bestünde gleichzeitig die Möglichkeit, durch die dynamische Berücksichtigung des individuellen Nutzerverhaltens in der Regelung der Ge-bäudetechnik beziehungsweise der situationsabhängig technisch gestützten Einflussnahme auf das Nutzerverhalten die Insuffizienz auszugleichen.

Während mit den Anlagen zum Wohnraumanspruch und individuellen Verhaltensweisen einzelner Nutzergruppen sich eigene Wohnungsbau-projekte unmittelbar bezüglich verwendeter Raumvolumen vergleichend bewerten lassen, sind Suffizienzverbesserungen hinsichtlich angesetz-ter technischer Interaktion jeweils projekt-spezifisch mit den gegebenen Raumangeboten und Nutzungsweisen abzugleichen. Inwieweit ermögli-chen die angedachten technischen Interaktionen erkannte Insuffizienzen eines Gebäudes auszugleichen beziehungsweise zu beheben? Hierbei hilft es, sich an der, im Rahmen der Projektstudie dokumentierten, methodischen Herangehensweise zu orientieren. Die im Rahmen der Nutzungsprofile je Haushaltsform (vgl. Anl-3) dokumentierten Auswirkungen exemplarisch an-gewendeter Interaktionsformen für die Bereiche Wärme und Strom bieten erste wesentliche Anknüpfungspunkte, die richtige Interaktionsstrategie zum Ausgleich erkannter Insuffizienzen zu finden. Die in Kapitel Kap. VI dokumen-tierten, weiteren multimodalen Interaktionsansätze zeigen weitere alternative Möglichkeiten, vorausschauend passende Interaktionsstrategien für spezi-fische Bauaufgaben zu entwickeln und einzuplanen.

1.2 Gebäudeinteraktion zur Dynamisierung von Raum- und Gebäudeverhalten (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 2)

Die Arbeit belegt kapitelübergreifend, dass durch die Kommunikation und Interaktion eines Gebäudes mit dessen Umfeld (Abb. 112) die dynamische Anpassungsfähigkeit des an sich statischen Objektes Gebäude zunimmt. Es wird durch eine bewusste Erweiterung der Interaktionsfähigkeit er-reicht, dass bestimmte Anteile der bisher vom Nutzer selbst ausgeübten Tätigkeiten vom Gebäude übernommen werden. Die im Rahmen der Ar-beit durchgeführten Untersuchungen zum Umgang mit elektrischer und thermischer Energie zeigen dabei gleichzeitig, welche Schwierigkeiten sich mit der Zunahme der Regelungsfähigkeit eines Gebäudes ergeben. Während der Bewohner beispielsweise durch die eigene Regelung des Raumkomforts jeweils abhängig von der individuellen, situationsbezo-genen Erwartung Anpassungen im Raum oder Gebäude vornehmen wird, muss das Gebäude diese Verhaltensweisen erst erlernen und daraus resultierende Regelungen ableiten. Mit zunehmender Betriebszeit wird demnach aber das Gebäude sich zusehends auf die Erwartungen der Nutzer einpendeln lassen und dabei immer stärker zum Tragen kommen, dass das Gebäude gleichzeitig aufgrund geringer Latenzzeiten zur Ver-arbeitung vielseitiger Sensordaten und Szenarienverläufe, abhängig von dem bestmöglichen Energieeinsatz, erlauben wird, die Energiesuffizienz im Betrieb zu fördern.

+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

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Implizite Funktion



2.Ordnungintern




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3.Ordnungextern





innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

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technisch/nutzung

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expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




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innen



+ + =

+ + =


impliziteFunktion

räumlich/technisch

technisch/nutzung

raum/nutzung

expliziteFunktion









Implizite Funktion



2.Ordnungintern




aussen

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innen



Abb. 112: Interaktionsebenen von Gebäuden.

I 138

Der direkte Vergleich zur Anwendung technischer Interaktion im Umgang mit elektrischer und thermischer Energie im Gebäude zeigt in den Unter-suchungen, dass hinsichtlich elektrischer Energie ein deutlich höherer Ab-straktionsgrad möglich ist, um das Thema entsprechend umfänglich be-handeln zu können. Im Hinblick auf den Umgang mit thermischer Energie hingegen ist eine Vielzahl sich untereinander beeinflussenden Parameter zu berücksichtigen. Die Analyse der elektroenergetischen Einflussmög-lichkeit technischer Interaktion erfolgte daher anhand eines Typtag-Mo-dells, das über den Eigennutzungsgrad und den solaren Deckungsgrad des am Gebäude gewonnenen Solarstroms eine Bewertung der Funkti-onalität betrachteter Interaktionsformen zulässt. Die Möglichkeiten inter-aktionsgestützter Regelung thermischer Energie sind hingegen anhand differenziert vorgenommener thermischer Gebäudesimulationen nach-vollzogen worden. Die deutlich komplexeren Abwägungen, die in diesem Zusammenhang von dem Gebäude zu treffen sind, ergänzt um die Mehr-zahl an meist gleichzeitig zu betrachtenden Interaktionsformen, ließen sich nicht mehr hinreichend durch das für den Strombereich entwickelte Typtagmodell abbilden. Die dadurch, abhängig von der Energieform si-tuationsbezogen gewählten Abstraktionsgrad und Analyseumgebung er-laubten letztendlich, die aus der Nutzung resultierende Dynamik innerhalb eines Raums oder ganzen Gebäudes mittels Interaktionen des Gebäudes aufnehmen und nutzungsspezifische Rückschlüsse ziehen zu können.

Im Umgang mit elektrischer Energie wurde der am Gebäude gewonnene Solarstrom allen Szenarios zugrunde gelegt, woraufhin das interaktions-fähige Gebäude in Abwägung zwischen Netzbezug und gewonnenem Solarstrom den Gerätebetrieb zur Steigerung des Eigennutzungsgrad ko-ordiniert. Durch Anwendung der definierten Interaktionsformen des De-mand Shift und Credit Shift ließ sich dabei die im Tagesverlauf genutzte elektrische Energie, ohne die aus den Nutzungsprofilen bestehenden Bedarfe merklich zu beeinflussen, koordinieren, sodass ein annähernd hundertprozentiger Eigennutzungsgrad des gewonnenen Solarstroms erreicht wird (vgl. Abb. 76 und Abb. 83 bis Abb. 86). Die dynamischen Anpassungen erfolgen dabei im Wesentlichen durch die Abstimmung der Einflüsse aus der Solarstrahlung mit den, aus der Nutzung von elektri-schen Geräten resultierenden, Bedarfe. Tageszeitlich abhängige elektroe-nergetisch intensive Anwendungen, wie das Benutzen von Elektroherden, werden dabei in weiten Teilen durch das interagierende Gebäude energetisch innerhalb des Tages vorab eingeplant und entsprechende Energiemengen vorgehalten. Andererseits nutzt das Gebäude tageszeitunabhängige Haus-haltstätigkeiten, wie das Betreiben von Waschmaschinen, um die am Tag zu erwartenden, solarenergetischen Überschüsse abfangen zu können.

Die Untersuchungen zu wirksamen Interaktionseigenschaften im Um-gang mit Wärmeenergie begründen sich grundlegend in der Abwägung der dynamischen nutzungsspezifischen Komfortvorstellungen und der angestrebten Optimierung der thermisch-energetischen Energienutzung. Hierzu bedurfte es der detaillierten Definition von unterschiedlichen, den Energiehaushalt beeinflussenden, Faktoren, angefangen vom Verhalten der Bewohner innerhalb der Wohnräume, Tages- und Jahreszeit-spezi-fischen Einflussgrößen sowie bauphysikalischer Eigenschaften der Bau-substanz, ergänzt um die vom Gebäude aktiv veränderbaren Parameter. In den thermischen Gebäudesimulationen hat sich dabei grundsätzlich gezeigt, dass mit wachsender Dynamik aus der Nutzung der Wohnräume, wie beispielsweise bei der Bewohnergruppe des Single Vollverdienenden (vgl. Abb. 128, Abb. 132), die definierten Regelungen der Interaktions-formen zum Heiz- und Lüftungsverhaltens des Gebäudes im Rahmen

139 I


der Projektstudie teilweise zu sensitiv und unspezifisch im Hinblick auf die betrachtete Nutzergruppe gewählt wurden. Insbesondere bezüglich der bedarfsgerechten Bereitstellung thermischen Komforts hat sich gezeigt, welche Einflussmöglichkeiten in der Anwendung von technischen Interak-tionsformen des Gebäudes stecken, dynamische Zustandsänderungen zu erreichen. Es zeigte sich dabei, dass es in einem abgestimmten interagie-renden Gebäude entscheidend ist, dass einerseits die Fähigkeit gegeben ist, die typischen Tagesabläufe von Haushalten nachzuvollziehen und vo-rausschauend berücksichtigen zu können und gleichzeitig, abhängig von der jeweils betrachten Nutzergruppe, entsprechend spezifische Interakti-onsformen Anwendung finden. Wie Abb. 114 zeigt, ist im Zusammenhang mit dem betrachteten Geschosswohnungsbau bei abnehmender Bewoh-nerzahl des Haushalts und der Präsenz der Personen während des Tages die Heat Control Funktion zunehmend energetisch von Vorteil. Der sinn-volle Einsatz der Interaktionsform des Air Control richtet sich hingegen an Bewohnergruppen, die möglichst durchgängig während des Tages die Wohnräume nutzen. Bei der genannten Nutzergruppe der Single Vollverdie-nenden wäre demnach auf die Anwendung des Air Control zu verzichten.

1.3 Energiesuffizienz fördern durch einfache Gebäudeintelli-genz (zusammenfassende Aussagen zu Forschungsfrage 3)

Die Beantwortung der Forschungsfrage, ob eine niederschwellige In-teraktionsmöglichkeit von Gebäuden erhöhte Energiesuffizienz erzielen kann, teilt sich in die Einzelaussagen zu den Potenzialen für elektrische und thermische Energie.

Vor dem Hintergrund des generell gesteckten Ziels, Energiesuffizienz zu fördern, ohne einen Verzicht in der Nutzung der Wohnräume auszulösen, wurden im Umgang mit Elektrizität typische Lastprofile unterschiedlicher Nutzergruppen entwickelt. Durch die jeweils spezifische Auslegung in der Verwendung elektrischer Geräte ist dabei nicht zu erwarten, dass für die jeweilige Nutzung unangemessene Bedarfe entstanden sind und sich dementsprechend spürbare Einsparungen im Betrieb erreichen las-sen. Eine solche Reduktion wäre davon abhängig, nach dem Prinzip des Persuasive Computing das gegebene Nutzerverhalten durch Interaktion des Gebäudes zu beeinflussen. Diese Option wurde jedoch im Rahmen der Arbeit nicht weiterführend betrachtet. Im Umgang mit elektrischer Energie bestand der Fokus der Arbeit darauf, einen anderen oder ver-besserten Umgang mit elektrischer Energie im Gebäude zu erreichen. Die erwarten Potenziale beruhen daher im Wesentlichen auf der Verringerung

Abb. 113: Zusammenfassende Übersicht zu den Abhän-gigkeiten der angewandten Interaktionen und den im Jahresverlauf resultierenden Eigennutzungsraten und Deckungsgraden für elek-trische Energie. Detaillierte Einzelbetrachtungen zu dem Diagramm finden sich in Kapitel Kap. VII und Anl-3.

Nutzergruppen spezifische Ten-denz zum IBS-Erfolg (elek.)

Frühjahr Sommer Herbst Winter

optimierter Deckungsgrad durchDS u. CS Interaktion

Dec

kung

sgra

d be

steh

ende

r S

trom

beda

rfe 78%

97%

100%

58%

45%

100%

96% 100% 100%

44%

59%

78%92% 97% 99%

27%44%

100%

52%

93%

19%39%

13%

100%100%

24%

Eig

ennu

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Sol

arst

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Photovoltaik (Wkg 8%)Photovoltaik (Wkg 17%)ganzjährig optimierter Eigennutzungsgrad

durch DS u. CS Interaktion

WKT WET WKT WET WKT WET WKT WET0%

100%I 140

des netzbezogenen Stromanteils zu Gunsten eines optimierten Eigen-nutzungsgrads des gebäudenah gewonnenen Solarstroms. Vor diesem Hintergrund sind die Interaktionsstrategien des Demand Shift (Verschie-bens von Lastspitzen) und Credit Shift (Verteilung von solar-energetischen Überangeboten) auf die energiesuffiziente fördernde Wirksamkeit hin un-tersucht worden. Im Zusammenhang mit der Gebäudeinteraktion des Demand Shift ließ sich im Zuge der Projektstudie lediglich eine moderate Erhöhung des Ei-gennutzungsgrades des gewonnenen Solarstroms von rund zwei Prozent erreichen. Der geringe Effekte resultiert letztlich aus der, bereits in der Ausgangslage vorteilhaften, tageszeitlichen Verortung demand-shift-fä-higer Haushaltsservices der betrachteten Hausgemeinschaft, sowie dem gewählten Zeithorizont zur Lastverschiebung von lediglich einem Tag. Ne-ben der dennoch resultierenden, weiteren Erhöhung des Eigennutzungs-grads sind andererseits insbesondere die geringen technischen Aufwen-dungen, die mit dieser Interaktionsform einhergehen, zu berücksichtigen. Zum Betrieb der interaktionsfähigen Endgeräte bedarf es letztlich lediglich der koordinierenden Gebäudeintelligenz, die über gängige Netzwerkver-bindungen den Betrieb der Geräte regelt. Durch mögliche Skaleneffekte unter Anwendung des Prinzips in größeren Gebäudestrukturen können sich weitere Suffizienzsteigerungen im Umgang mit Elektrizität ergeben.

Die Interaktion des Credit Shift wurde aufbauend auf der Situation des Demand Shift angewendet. Diese Interaktion bietet die Möglichkeit, ge-wonnene Solarstrommengen über den Tag verteilt zu Zeiten hoher Nach-fragen, im Gebäude unter Einsatz von Speichertechnologien zu verwen-den. Dadurch ergibt sich, wie die Ergebnisse im Diagramm in Abb. 113 zeigen, eine in weiten Teilen hundertprozentige Eigennutzungsrate des gewonnenen Solarstroms. Insbesondere an den Werktagen der Som-mermonate lassen sich dabei gleichzeitig auch annähernd hundertpro-zentige Deckungsraten der bestehenden Strombedarfe erzielen. In den Übergangsphasen ergeben sich jedoch bereits nur noch verringerte De-ckungsraten der bestehenden Strombedarfe. Die pauschal getroffene An-nahme einer fünfzigprozentigen Belegung der südorientierten Dachfläche auf Grundlage zitierter Forschungsergebnisse reicht demnach nicht aus, den situationsbezogen angemessenen Ertrag an Solarstrom zu erzielen. In vertiefenden Untersuchungen ließen sich anhand weniger Parameter des IBS-Modells alternativ Belegungen testen und daraus erzielte Solar-stromerträge vergleichend bewerten. Somit ließe sich letztlich eine, auf die Nutzung abgestimmte, solaraktive Fläche finden lassen.

Abb. 114: Zusammenfassende Über-sicht zu den Abhängig-keiten aus der Haushalts-form, den angewandten Interaktionen und den Potenzialen zur Beeinflus-sung des Wärmebedarfs. Detaillierte Einzelbetrach-tungen zu dem Diagramm finden sich in Kapitel Kap. VII und Anl-3.

Nutzergruppen spezifische Ten-denz zum IBS-Erfolg (therm.)

DKS RPR E1KSVV RPRSVV

Sinnhaftigkeit der AC Interaktion nimmt zu

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56% 57%

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unsaniert (0-1.3b)

saniert, sol.opt. (0-3.3b)saniert (0-2.3b)

Sinnhaftigkeit der PC u. HC Interaktion nimmt zu

1

Trend zu Stunden mit inakzeptablem Raumkomfort

0

1

0

3

3

2

2

141 I


Im Hinblick auf den Umgang mit thermischer Energie zeigen die Ergebnisse in Abb. 97 ff., wie in den vorangestellten Kapiteln beschrieben wurde, dass bei pauschaler, gebäudeweit angewandter Interaktionsstrategie in heterogen ge-nutzten Wohngebäuden lediglich moderate Senkungen in der energetischen Gesamtbilanz zu erwarten sind. Die real bestehenden Potenziale einzelner Wohneinheiten werden zu weiten Teilen kompensiert und bleiben dadurch weitestgehend unerkannt. Die Spannweite der potenziell zu erreichenden En-ergiesuffizienz fördernden Senkungen des Wärmebedarfs im Gesamtgebäu-de von 1 bis maximal 17 % zeigt bei genauer Betrachtung der Szenarien, dass circa 16 % möglicher Senkungen an Wärmeenergie alleine durch die pauschale Anwendung der Air-Control-Funktion verlorengehen. Die gebäude-weite Anwendung der Interaktionsstrategien in den Szenarios mit monofunk-tional genutzten Wohneinheiten ergeben durch die Nutzungsweise allgemein erhöhte Wärmebedarfe. Lediglich die Haushaltsform der Kleinfamilie zeigt bei einer ganzheitlichen Anwendung im Gebäude ähnliche Werte, wie in der Simu-lation mit heterogener Haushaltsstruktur (vgl. Abb. 102).

Es wurden in erster Näherung hinsichtlich des Umgangs mit dem Gesamt-gebäude zudem jährliche Wärmeenergiebedarfe und Komfortnutzungsstun-den eines nutzergruppenspezifisch ausgelegten Gebäudes betrachtet. Abb. 109 zeigt dieses Szenario mit einerseits baustrukturellen Anpassungen an die gegebenen Bedingungen interaktionstechnischer Differenzierungen zwischen den unterschiedlichen vorhandenen Nutzergruppen. Die Ergebnisse belegen trotz der gewählten annähernden Vollverglasung der hofseitigen Südfas-sade in den Obergeschossen, dass der Wärmeenergiebedarf mit 90 % gegenüber der Ausgangssituation deutlich gesenkt werden kann, wäh-rend gleichzeitig annähernd gleichbleibende Ergebnisse hinsichtlich des resultierenden Raumkomforts erzielt werden können. Im Hinblick auf eine zehnprozentige Senkung des Wärmeenergiebedarfs bei lediglich modera-ten Erhöhungen der Stunden mit inakzeptablem Raumkomfort lässt sich an diesem Beispiel eindrucksvoll und zusammenfassend zeigen, dass die dy-namische Handlungsfähigkeit des Gebäudes zur wesentlichen Senkung bau-licher Energiebedarfe beitragen kann. Es lässt sich letztlich das eingangs als Suffizienz-Optimum definierte Ziel erreichen, bei sehr geringen Einbußen im Raumkomfort eine deutliche Reduktion des Wärmeenergiebedarfs zu erzielen. Eine niederschwellig angewendete Gebäudeinteraktion bietet demnach eine Möglichkeit, den Umgang mit Energie im Gebäude wesentlich zu beeinflussen und dadurch letztlich einen energiesuffizienten Betrieb zu erreichen.

Die möglichen energetischen Effekte der Interaktion von Gebäuden zeigen sich noch deutlicher in der Betrachtung der einzelnen Ergebnisse je Wohn-einheit und Nutzergruppe in den Anlagen ab Seite CLXX. Während im Fall des Mehr-Generationen-Haushalts die genutzte Interaktionsstrategie zu einer Senkung der Wärmenergiebedarfe um 25 % führt, lassen sich diese bei an-nähernd gleichbleibenden Komfortbedingungen für den Haushalt der Single-Vollverdienenden um 24 bis 31 % gegenüber der Ausgangslage senken.

1.4 Zukunftseignung und Ausblick

Die Ergebnisse der Arbeit haben gezeigt, dass bereits bei einfacher An-wendung von technischen Interaktionen in gängigen Wohngebäuden ein deutlicher Mehrwert hinsichtlich des Umgangs mit Energie im Betrieb von Wohngebäuden und in Teilen hinsichtlich eines verbesserten Raumkom-forts erreicht werden kann. Das bestehende und nach bisherigen Studien weiter anhaltende Interesse am vernetzten Wohnen und der technischen Interaktion im Alltag (Deloitte (Hrsg.) (2018), Statista (Hrsg.) (2019b)) ver-

I 142

deutlicht nicht zuletzt vor dem Hintergrund des allgemeinen Konsens zur nachhaltigen gesellschaftlichen Entwicklung zusammenfassend die zu-künftige Relevanz des vorliegenden Themas. Insbesondere im Hinblick auf die nutzbaren Eigenschaften gebäudetechnischer Interaktion zur För-derung der energetischen Suffizienz sind die dokumentierten Ergebnisse vor dem Hintergrund der anvisierten Klimaneutralität des Gebäudesek-tors bis spätestens zum Jahr 2050 von besonderer Relevanz. Die Arbeit bietet aufgrund der Breite des behandelten Themas, den vertiefenden Definitionen im Bezug zur Anwendung im Gebäude und den detaillierten Betrachtungen einzelner Interaktionsformen, vielschichtige Anknüpfungs-punkte für weiterführende Studien transdisziplinärer Fragestellungen.

Die Arbeit hat mir letztlich gezeigt, dass die technische „Intelligenz“ als nicht sichtbarer Bestandteil alltäglicher Objekte zukünftig mit großer Wahrschein-lichkeit allgegenwärtig sein und auch den Gebäudesektor erschließen wird. Während ich mir Begriffe, wie das Ubiquitous Computing oder Pervasive Computing, im Umgang mit dem interagierenden Objekt Gebäude erst in-haltlich herleiten musste, werden Begriffe wie diese zukünftig im allgemeinen Sprachgebrauch geläufige Termini sein. Das Internet of Things, dass bereits heute alle Bereiche des Lebens erreicht hat und beeinflusst, wird sich laut Vertretern einzelner US-amerikanischer Telekommunikationsfirmen zu dem sogenannten „Internet of Everything (IoE)“ weiterentwickeln (Miraz, Ali, Excell et al. (2015)). Kritiker halten dementgegen, dass der Begriff des Internet of Everything inhaltlich letztlich lediglich synonym für den etablierten Begriff des Internet of Things steht. Im Kontext der Arbeit verstehe ich den Begriff jedoch nach eigener Interpretation und im Kontext der skizizierten Entwicklung intelli-genter Gebäude tatsächlich ebenfalls als eine mögliche Weiterentwicklung des Internet of Things. Entsprechend dem, in Kap. V in Abb. 41 gezeigten Kom-munikationsmodell nach Organo wird demnach zukünftig das intelligent agie-rende Gebäude nicht mehr nur vermittelnde Instanz bleiben, sondern selbst als zusätzlicher Kommunikationspartner in vernetzten Gebäuden auftreten. Die im Rahmen der Arbeit diskutierten Aspekte, wie das Pervasive Compu-ting, werden dabei an Bedeutung gewinnen. Insbesondere mit der Zunahme von Augmented-Reality-Anwendungen werden zur zeitkritischen Darstellung erwarteter Inhalte zunehmend auch eigene Entscheidungen des Gebäudes auf Grundlage vorhandener Erfahrungswerte nötig sein. Die Entwicklung wird dabei erneut gemäß den im Rahmen der Arbeit zitierten Äußerungen des Öko-noms Tomáš Sedláček (Sedláček (2012)) gesehen, wonach sich erneut eine „[...] unendliche Zahl neuer Bedarfe entwickeln [...]“ wird. Es gilt dabei aber-mals, die neuen Möglichkeiten für das Bauen zu erschießen und angemessen zur weiteren Entwicklung nachhaltiger Architektur und Städte einzusetzen.

Neben der Erweiterung erarbeiteter Informationsgrundlagen, Definitionen und Methoden zum Umgang mit Interaktionsformen in Wohngebäuden, sind ins-besondere im Hinblick auf die inhaltliche Vertiefung zur Umsetzung baulicher „Intelligenz“ in Architektur weitere Forschungsschwerpunkte zu sehen. Die Interaktion von Gebäuden beziehungsweise von Objekten im Kontext von Gebäuden könnte dabei auf Grund der erwarteten Entwicklung im Zuge der Digitalisierung zukünftig als weiteres wesentliches Komfortkriterium von Ge-bäuden und Räumen wahrgenommen werden. Der bereits lange diskutierte flächendeckende Ausbau von Informationsnetzen und die bereits fortschrei-tende Entwicklung des im Rahmen der Arbeit aufgegriffenen Ausbaus an Edge-Computing-Strukturen wird dazu beitragen, dass Informationstechnik fester Bestandteil der Gebäudetechnik sein wird. Nachhaltigkeit und tech-nische Innovation sind daher, wie eingangs in der Fragestellung formuliert, nicht per se als gegenläufige Entwicklungen zu verstehen, sie sind nur im Sinne der Suffizienz angemessen zu kombinieren.

143 I


Anlagen

10 I

CXLV

Anl-1 Glossar

Aktor(verwendet ab Seite 62)Der Aktor beschreibt im Zusammenhang mit Gebäu-den ein Ausstattungsobjekt oder Bauteil, das emp-fangene elektrische Signale in eine gebäudetech-nische Reaktion übersetzen und ausführen lässt.

Angemessenheit(verwendet ab Seite 31)Angemessenheit wird im Rahmen der Arbeit syno-nym für den Begriff der Suffizienz verwendet. Im Sinne der Übersetzung von Suffizienz als „genü-gend von etwas“ an Stelle der Übersetzung mit dem Begriff des Verzichts beschreibt die Ange-messenheit einen bestehenden Bedarf hinreichend zu erfüllen, ohne ein Übermaß zu erzeugen. Der Begriff umschreibt Suffizienz dabei gleichzeitig als eine Bedarfserfüllung, die allgemein Akzeptanz fin-det, da durch die Umsetzung kein Verzichtsemp-finden ausgelöst wird. Die subjektive Bewertung dessen, was demnach als angemessen gilt wird im Rahmen der Arbeit in Bezug auf Gebäude mit dem Suffizienzspektrum quantifizierbar.

Anspruch (verwendet ab Seite 16)Im Unterschied zu den Begriffen des Bedarfs und Verbrauchs, bei denen ein spezifischer Wert existiert, bildet der Anspruch eine Spannweite verschiedenartiger individueller Bedarfe und Ver-bräuche ab. Für dieselbe Situation können sich demnach, ausgehend von einer sparsamen bis mit-unter einer verzichtenden Haltung bis zum Übermaß oder einer verschwenderischen Umgangsweise, un-terschiedlich mögliche, individuelle Nachfragen nach einem Gut wie Energie oder Wohnraum geben.

Anthropozentrischer Ansatza.G. Feess (2018a), https://de.wikipedia.org/wiki/Anthropozentrismus (abgerufen: 20.06.2020, 10:00)(verwendet ab Seite 28)Prinzip der Umwelt- und Ressourcenökonomik, nach dem sich der Wert der Natur aus ihrem Nutzen für den Menschen ergibt. Das Wort leitet sich ab aus dem griechischen Wort für Mensch und dem lateinischen Wort für Mittelpunkt. Im Anthropozentrismus versteht sich der Mensch selbst als der Mittelpunkt der weltlichen Realität.

Air Control (ac)(verwendet ab Seite 121)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Das Gebäude koordiniert und re-gelt die Lüftungssteuerung in Abhängigkeit zu definierten, beziehungsweise in Kommunikation mit den Nutzenden, erlernten Sollwerten hinsicht-lich der Raumluftqualität und Raumtemperatur.

Augmented Reality (AR)a.G. Markgraf (2018)(verwendet ab Seite 66)Augmented Reality beschreibt eine computerge-stützte Wahrnehmung bzw. Darstellung, welche die reale Welt um virtuelle Objekte erweitert.

Betriebsenergie a.G. Nötzli (2003)(verwendet ab Seite 30)„Die Betriebsenergie umfasst den Energiefluss in einem Gebäude von der Endenergie bis zur Nut-zenergie. Die in einem Wohnhaus vorhandenen En-ergieverluste und -gewinne werden bilanziert und der notwendige Energieinput festgeschrieben.“

Co-Housing und Co-Living a.G. https://de.wikipedia.org/wiki/Cohousing (abgerufen: 30.06.2020, 14:00), https://www.zeit.de/campus/2016-09/co-living-gemeinschaft-projekte-selbststaendig-digitale-nomaden (abgerufen: 07.01.2019, 10:00)(verwendet ab Seite 40)Das Co-Housing, wie auch das Konzept des Co-Living, kombiniert private mit gemeinschaftlichen Nutzungen von Gebäuden dem dem Ziel das ge-meinschaftliche Zusammenleben zu fördern. Das Co-Housing schafft dabei im Unterschied zum Co-Living innerhalb eines Gebäudekomplexes ei-genständig funktionierende private Wohneinheiten, die nebeneinander existieren. Diese werden durch gemeinschaftlich genutzte Einrichtungen, wie Bü-ros, Fitnessstudios oder auch Küchen miteinander kombiniert. Das Konzept des Co-Living ermöglicht hingegen Berufsgruppen, die ihre Leistungsfähig-keit im Beruf aus dem gegenseitigen Austausch beziehen, gemeinschaftlich zu leben und zu arbei-ten. Der stetige Austausch in gemeinschaftlichen Arbeits- und Wohnumgebungen fördert die jewei-ligen individuellen Ziele.

Cloud Computing, Rechner-/Datenwolke (dt.)a.G. Mell, Grance (2011), https://de.wikipedia.org/wiki/Cloud_Computing (abgerufen: 27.10.2020, 11:00)(verwendet ab Seite 62)Cloud Computing ist ein Modell des On-Demand-Netzwerkzugriffs. Über das Internet lassen sich Daten auf der Infrastruktur der Cloud, dem Zu-sammenschluss verschiedener informationstech-nischer Dienste, wie Servern und anderer Netz-werkanwendungen, abgelegen, dezentral abrufen und verwenden. Cloud-Systeme können als pri-vate cloud, community cloud (begrenzter Benut-zerkreis), public cloud (öffentlich) und hybrid cloud (kombinierte Systeme) vorliegen.

10 I

CXLVII

Eigennutzungsrate, Eigennutzungsgrad(verwendet ab Seite 32) Die Eigennutzungsrate oder auch Eigennut-zungsgrad beschreibt den Anteil an gewon-nener, regenerativer Energie, der ohne vorherige Einspeisung in das öffentliche Versorgungsnetz im Gebäude genutzt wird. Bei einem Eigennut-zungsgrad von 100 % werden dem entspre-chend 100 % der gewonnenen regenerativen Energie direkt im Gebäude verwendet.

Energiebedarf a.G. VDI (Hrsg.) (2005) (verwendet ab Seite 25)Der Energiebedarf ist die zum Erstellen einer bestimmten Energiedienstleistung unter Einsatz einer dafür geeigneten Technik einzusetzende Endenergie.

Energiesuffizienza.G. Brischke, Leuser, Duscha et al. (2016)(verwendet ab Seite 45)Energiesuffizienz ist eine Strategie mit dem Ziel, die aufgewendete Menge an technisch bereit-gestellter Energie durch Veränderungen des Techniknutzens und weiterer Nutzenaspekte auf ein nachhaltiges Maß zu begrenzen oder zu re-duzieren.

Energieverbrauch a.G. VDI (Hrsg.) (2005) (verwendet ab Seite 25)Als Energieverbrauch wird die unter realen Bedingungen zur „Deckung von Energiebe-darfen aufgewandte Menge bestimmter Ener-gieformen“ verstanden. Der Energieverbrauch kann sowohl als Verbrauch von Endenergie, oder der dafür benötigten Primärenergie angegeben werden. Der Primärenergieverbrauch ist dabei auf-grund der berücksichtigten Verluste höher.

Explizite Gebäude- / Raumfunktion (verwendet ab Seite 64)Explizite Funktionen werden, im Gegensatz zu impliziten Funktionen, von den Bewohnern oder aber auch der Umgebung aktiv in Anspruch ge-nommen und beeinflusst. Im Zusammenhang mit der Kommunikationsfähigkeit von Gebäu-den wird auch von expliziter Interaktion gespro-chen. Eine explizite Raumfunktion ist beispiels-weise das aktive Öffnen des Fensters durch den Bewohner, wodurch ein Austausch zwischen Innen- und Außenraum erfolgen kann.

Credit Shift (cs) (verwendet ab Seite 111)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Sie dient zum zeitlichen Verschie-ben energetischer Überschüsse. In Kombination mit Speichertechnologien wird die Fähigkeit des Gebäudes gesehen, Energiebedarfe und Poten-ziale vorrauschauend prognostizieren und pla-nen zu können, um dadurch energiesuffiziente und techniksuffiziente Lösungen für ein Gebäu-de abzuleiten.

Demand Shift (ds)(verwendet ab Seite 101)Interaktionform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation, die ermöglicht anfallende energe-tische Bedarfe zeitlich zu verschieben, um eine optimierte Eigennutzung gebäudenah gewon-nener, regenerativer Energieangebote zu erreichen. Das interaktionsfähige Gebäude ist in diesem Fall in der Lage, tageszeitlich unabhängige, energe-tisch relevante Dienste eines Haushalts eigenstän-dig in Abwägung des verfügbaren Energieange-bots zu koordinieren.

Digital Home Assistant, Digitaler Sprachassistent (dt.)a.G. Ryte GmbH (Hrsg.) (2018)(verwendet ab Seite 59)Der Digital Home Assistant erlaubt durch meist akustische Anweisungen, vernetzte Services und Objekte eines Raums oder Gebäudes zu regeln. Das System bedient sich dabei dem In-ternet of Things und ist auf Grund der, in Ge-bäuden verfügbaren Funknetzwerke, wie dem Bluetooth oder Wireless LAN ohne aufwändige infrastrukturelle Installationen installierbar. Sy-nonyme Begriffe, wie der Virtual Assistant oder im Deutschen der Digitale Sprachassistent, be-schreiben alle einen informationstechnischen Service, der erlaubt, durch Verwenden künst-licher Intelligenz und den Rückgriff auf Big Data gesprochene Daten zu verarbeiten und in infor-mationstechnisch verstandene Signale umzu-wandeln.

Edge Computinga.G. Martins, Kobylinska (2019)(verwendet ab Seite 86)Edge-Computing beschreibt ein dezentrales Rechenzentrumsmodell, bei dem Daten und Rechenleistung in räumlicher Nähe zum End-nutzer angeboten werden. Die kurzen Über-tragungswege lassen die Signallaufzeiten und Latenzzeiten reduzieren, was insbesondere für zeitkritische Anwendungen, wie der Augmented Reality oder dem Autonomen Fahren von ent-scheidender Bedeutung sein wird.

CXLVIII

Fog Computing a.G. Fatima, Javaid, Iqbal et al. (2018)(verwendet ab Seite 87)Das Fog Computing beschreibt das temporäre Zwischenspeichern von Informationen bevor die-se in der Cloud permanent gespeichert werden. Durch das temporäre Zwischenspeichern von In-formationen soll die Belastung von Cloud-Syste-men reduziert werden.

Gateway(verwendet ab Seite 62)Der Gateway bildet die zentrale Steuerungsein-heit eines Smart-Home-Konzeptes und verbin-det die unterschiedlichen, im Gebäude steuer-baren Endgeräte der Aktoren und Sensoren.

Gebäudesuffizienz (GeS)(verwendet ab Seite 36)Der Begriff der Gebäudesuffizienz umschreibt die im Gebäudekontext vorhandenen Ebenen zur Beeinflussung der baulichen Suffizienz. Die Ebenen setzen sich zusammen aus der Raum-suffizienz (RaS), der Techniksuffizienz (TeS) und der Nutzungssuffizienz (NuS).

Globalstrahlung(verwendet ab Seite 25)a.G. Hegger, Fuchs, Stark et al. (2007)Die Globalstrahlung besteht aus anteilig aus dem gerichteten Direktstrahlungsanteil und dem ungerichtet auf die Oberfläche der Erde eintreffenden Diffusstrahlung. Die Globalstrahl beschreibt somit den von der Sonne auf die Erde eintreffenden Strahlungsanteil der Solarstrahlung.

Graue Energiea.G. Hegger, Fuchs, Stark et al. (2007) (verwendet ab Seite 30)Die graue Energie beschreibt den Primärenergiein-halt PEI [MJ] eines Bauteils oder Produkts. Sie be-schreibt den Energieaufwand der zur Herstellung, zum Transport und zur Lagerung aufgewendet werden muss um ein Produkt nutzen zu können.

Grundlast (energetisch)(verwendet ab Seite 100)Die Grundlast beschreibt eine dauerhaft auf-tretende und daher planbare Aufwendung an Energie. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde im Bereich elektrischer Energienutzung im Wohnungsbau die Grundlast definiert aus der Nutzung von Geräten der Kühl- und Gefriertechnik sowie der Beleuchtungstechnik. Im Bereich ther-mischer Energie wurde im Rahmen der Arbeit nicht zwischen Grund- und Individuallast unterschieden.

Heat Control (hc)(verwendet ab Seite 126)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Die Interaktionsform nutzt marktübliche Heizungsregelungen mit flexib-ler Steuerung in Abwägung von Präsenzzeiten der Bewohner, erwarteten thermischen Erträgen (solar, interne Lasten) und nutzerspezifischen, erlernten Sollwerten zur Raumtemperierung je Raumnutzung.

Human Centric Lighting (HCL)a.G. ARCHmatic (Hrsg.) (2016)(verwendet ab Seite 83)Human Centric Lighting, auch bekannt unter dem Begriff des biodynamischen Lichts, verfolgt das Konzept, die Lichttemperatur und Lichtintensität im Raum auf den menschlichen Biorhythmus ab-zustimmen. Dabei wird durch stetiges Anpassen der Farbtemperatur des Lichts im Raum der Ver-lauf des Tageslichts nachempfunden.

Implizite Gebäude- / Raumfunktion (verwendet ab Seite 64)Implizite Funktionen stehen im Gegensatz zu ex-pliziten Funktionen dem Gebäudenutzenden oder aber auch der Umgebung eines Gebäudes indirekt zur Verfügung. Sie bedingen keine aktive Teilnahme oder Interaktion von Nutzern eines Gebäudes oder Personen und Objekten der Umgebung. Die Ver-wendung Gebäude-integrierter Photovoltaik zur de-zentralen Gewinnung von Solarstrom stellt in diesem Zusammenhang eine implizite Gebäudefunktion dar. Obwohl die Technologie generell als aktives Energie-system gesehen wird, bildet sie in diesem Kontext da kein aktives Eingreifen des Benutzers oder Energiebe-treibers zur Gewinnung des Solarstroms benötigt wird eine implizite Funktion des Gebäudes.

Individuallast(verwendet ab Seite 100)Die Individuallast stellt in Ergänzung zur Grundlast eine energetisch dynamische Variable im Betrieb von Gebäuden dar. Sie ist mitunter voraussehbar, jedoch nicht unmittelbar planbar. Die Last resultiert aus dem individuellen Verhalten der Nutzenden und kann in Abhängigkeit beispielsweise vom Tag der Woche, der Tageszeit oder klimatischer Bedingungen unter-schiedlich ausfallen. Je genauer eine Individuallast prognostiziert werden kann, desto besser lassen sich diese in ein nachhaltiges Energiemanagement von Gebäuden einbinden. Die Individuallasten elektrischer Energie resultieren in den untersuchten Studien aus der Nutzung von Haushaltsgeräten wie Wäsche-trocknern bin hin zur Nutzung von Multimediaanwen-dungen wie Spielekonsolen. Im Bereich thermischer Energie wurde im Rahmen der Arbeit nicht zwischen Grund- und Individuallast unterscheiden.

10 I

CXLIX

Künstliche Gebäudeintelligenz (KGI), Artificial building Intelligence (engl.) a.G. Rich (1983)(verwendet ab Seite 62) Der Begriff der Künstlichen Gebäudeintelligenz wurde im Rahmen der Arbeit aufbauend auf der Definition des Begriffs Künstlicher Intelligenz an den Gebäudesektor adaptiert. Ausgehend von der Definition künstlicher Intelligenz nach Rich (1983): “Artificial Intelligence is the study of how to make computers do things at which, at the moment, people are better.“ lässt sich künst-liche Gebäudeintelligenz als Lernfähigkeit von Gebäuden verstehen, die mit Zunahme der Er-fahrungswerte und ausgewerteter Einflussgrö-ßen ähnlich gute oder bessere Entscheidungen treffen kann als dessen Nutzer.

Lastspitze, Lastband(verwendet ab Seite 100)Die Lastspitze bezeichnet eine kurzzeitig auftre-tende, hohe Leistungsnachfrage, das Lastband hingegen eine hohe Leistungsnachfrage, die sich über einen Zeitabschnitt erstreckt.

Light Control (lc)(verwendet ab Seite 132)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Das Gebäude regelt die Lichttech-nik in Abhängigkeit zur Präsenzzeit, Tageszeit, gewünschter Intensität (HCL) und gegebener Beleuchtungsstärke im Innenraum.

Lichtfarbea.G. ZVEI (Hrsg.) (2020)(verwendet ab Seite 132)Jede Lichtquelle strahlt das Licht mit einer be-stimmten Lichtfarbe ab, die durch wiederum ihre Farbtemperatur in Kelvin [K] gekennzeichnet ist. Man unterscheidet drei Gruppen an Lichtfarben: warmweiß (2700–3300 K), neutralweiß (3300–5300 K), tageslichtweiß (> 5300 K)

Maschinelles Lernen(verwendet ab Seite 62)Maschinelles Lernen beschreibt Möglichkeiten von Informations- und Kommunikationssyste-men, Datenbank-gestützt Erfahrungswerte zu sammeln, stetig zu aktualisieren und daraus an-gepasste Verhaltensweisen abzuleiten. Letztlich ermöglicht das maschinelle Lernen, aus großen Datenmengen passende Informationen zu ex-trahieren.

Maximin-Regel(verwendet ab Seite 21)Der Entscheider wählt die Option, die im güns-tigsten Fall das beste Ergebnis bringt.

Interaktion(verwendet ab Seite 25)Objekte, die interagieren, verfügen über eine Kom-munikationsmöglichkeit, eine Schnittstelle, mittels derer sie Informationen austauschen können. Dabei begrenzt sich die Interaktion nicht auf den informa-tionstechnischen Austausch, sondern bezieht be-wusst weitere Formen des Austausches wie visuelle oder akustische Kommunikationsformen mit ein. In Gebäuden gibt es drei Hauptebenen der Interaktion: intern, extern und intermediär. Dabei kann Kommu-nikation im Inneren des Gebäudes (intern) zwischen dem Innen- und Außenraum (intermediär) und extern zwischen den äußeren Oberflächen eines Gebäudes und der Umgebung stattfinden. Der Begriff der Inter-aktion wird zur näheren Detaillierung im Rahmen der Arbeit auch als „multimodale Interaktion“ (Interaktion mittels unterschiedlicher Modi) und als „mediale In-teraktion“ (Interaktion unter Nutzung eines konkreten Mediums) verwendet.

Interface(verwendet ab Seite 62)Das Interface beschreibt ein Endgerät, über das eine explizite, aktive Eingabe von Informationen, beziehungsweise ein aktiver Austausch zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern erfolgen kann.

Internet der Dinge (IoT, IdD), Internet of Things (engl.)a.G. Hackmann (2013), Schmidt, Cohen (2013)(verwendet ab Seite 17)Der Begriff steht für die Zusammenführung der physischen / realen Welt über Sensoren, Apps, „intelligente Objekte“ mit der virtuellen Welt des Internets. Die immer kleiner werdenden, einge-betteten Computer sollen die Mensch-Maschi-ne-Kommunikation unterstützen, ohne abzulen-ken oder überhaupt aufzufallen. Ausgangspunkt ist die eindeutige Identifizierung von gegen-ständlichen Objekten.

Konsistenz(verwendet ab Seite 31) Die Konsistenz verfolgt das Ziel eines geschlos-senen Systems. Es wird sich auf die Verwen-dung umweltverträglicher Ressourcen begrenzt und die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft angestrebt. Im Kontext der Nutzung von Energie bedingt dies den Umstieg auf eine ganzheitliche Nutzung regenerativer Energien.

CL

Medien, Medium (Sg.)a.G. Schneider, Stöckl (Hrsg.) (2011), Winkler (2010)(verwendet ab Seite 59)Medien beschreiben Arten zur Aufbereitung von Inhalten, sodass ein Austausch zwischen Sender und Empfänger möglich wird. Diese Medien kön-nen sowohl technische Geräte wie auch Kom-munikationsformen sein. Ein Inhalt kann daher beispielsweise in Form eines Buches, eines Tablets oder auch durch Sprache vermittelt werden. Das Medium „prozessiert“, transformiert oder verarbeitet die zu vermittelnde Information oder das zu vermit-telnde Gut insoweit, dass der Empfänger in der Lage ist, die Information oder das Gut zu verarbeiten.

Maschine-Maschine-Interaktion (M2M), Machine-To-Machine Interaction (engl.)a.G. ITwissen.info (Hrsg.) (2020)(verwendet ab Seite 66)Die Maschine-Maschine-Interaktion beschäftigt sich mit der Kommunikation von technischen Gegenständen untereinander. Darunter wird die Kommunikation von Rechnern ebenso ver-standen wie beispielsweise die Kommunikation zwischen Mobilfunkgeräten. Im Rahmen der Ar-beit wird der Begriff bedeutungsgleich adaptiert für den Begriff der Objekt-Gebäude-Interaktion (Object-Bulding-Interaction, OBI).

Mensch-Maschine-Interaktion (HCI) (engl. Human-Computer Interaction)a.G. Alavi, Churchill, Wiberg et al. (2019)(verwendet ab Seite 66)Die Mensch-Maschine-Interaktion beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, wie ein Mensch mit automatisierten Systemen seines Umfelds kom-munizieren und interagieren kann. Hierzu braucht es Kommunikationsschnittstellen, über die tech-nische Services und Objekte angesprochen wer-den können. Im Kontext von Gebäuden finden sich einfache Schnittstellen oder Interfaces in Form von Tastern oder Schaltern. Alternativ finden sich mittlerweile bereits auch akustische oder erste gestengesteuerte Kommunikationsschnittstellen im Gebäude. Innerhalb der Gruppe der MMI las-sen sich je nach verwendeter Maschine zugehö-rige Bezeichnungen finden, wie beispielsweise die Mensch-Computer-Interaktion (Human-Computer Interaction, HCI), bei der konkret die Interaktion zwischen Mensch und Computersystemen be-trachtet wird. Entsprechend wurde im Rahmen der Arbeit der Begriff der Mensch-Gebäude-Interakti-on (Human-Bulding Interaction, HBI) angewandt.

Mixed Reality (MR)a.G. Teichmann, Fromme (2019)(verwendet ab Seite 83)Während die Virtual Reality eine gänzlich virtu-elle Welt zeigt und bei der Augmented Reality der realen Welt virtuelle Objekte hinzugefügt werden, beschreibt die Mixed Reality die Über-lagerung von der realen mit einer virtuell ge-schaffenen Welt.

Modi, Modus (Sg.)a.G. https://de.wiktionary.org/wiki/Modus(verwendet ab Seite 59)Modi beschreiben bildungssprachlich verschie-dene Betriebsarten, zwischen denen alternativ gewählt werden kann, um in Interaktion zu treten.

Multi-Agenten-System (MAS)a.G. Görz, Schneeberger, Schmid (Hrsg.) (2014) (verwendet ab Seite 82)„Multiagentensysteme bilden das grundlegende Konzept, intelligente Entitäten (Software, Hard-ware, Menschen) zu einem kohärenten Gesamt-system zu vernetzten. [...] Die Entitäten intera-gieren, kommunizieren, teilen Informationen, kooperieren und koordinieren ihre Aktionen.“ „Sie sind ein Forschungsgebiet der Verteilten Künstlichen Intelligenz, das sich damit beschäf-tigt, wie autonome, verteilte und „intelligente“ Systeme als Einheit ihr spezifisches Wissen, ihre Ziele, Fähigkeiten und Pläne abstimmen, um ko-ordiniert zu handeln oder Probleme zu lösen.“

Multimodalitäta.G. https://de.wikipedia.org/wiki/Multimodalität (abgerufen: 05.10.2019, 10:00)(verwendet ab Seite 58)Multimodalität bezeichnet die Nutzung verschie-dener, gegebener Modi oder Modalitäten (Medi-en) zum Erreichen desselben Ziels oder Zustands. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Begriff im Zu-sammenhang mit Vernetzungs- und Interaktions-formen von Gebäuden eingesetzt. Eine multimo-dale Vernetzung beschreibt dabei verschiedenen Möglichkeiten, die sich eine Architektur bieten um Interaktion und einen Austausch zu fördern.

Nutzungssuffizienz (NuS)(verwendet ab Seite 44)Die Nutzungssuffizienz beschreibt als Teil der Gebäudesuffizienz die Angemessenheit der Nutzung räumlicher und technischer Angebote.

10 I

CLI

Nachhaltigkeit (schwach, stark, ausgewogen)a.G. nachhaltigkeit.info (Hrsg.) (2015), Bibliographisches Institut GmbH (Hrsg.) (2020)(verwendet ab Seite 30)Der Begriff der Nachhaltigkeit stammt ursprüng-lich aus der Forstwirtschaft und beschrieb das Prinzip, dass nicht mehr Holz gefällt werden darf, als natürlich nachwachsen kann. In der allgemeinen Verwendung des Begriffes resul-tiert daraus, dass „[...] nicht mehr verbraucht werden darf, als jeweils nachwachsen, sich re-generieren, künftig wieder bereitgestellt werden kann.“ In diesem Zusammenhang wurde das Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit entwi-ckelt, welches jedoch mittlerweile durch des-sen anthropozentrischen Grundgedanken auch als „schwache Nachhaltigkeit“ bezeichnet wird. Diesem Ansatz wurde das als „Gewichtete oder Starke Nachhaltigkeit“ bekannte Modell gegen-übergestellt, in dem die Ökologie als Basis des Modells in den Mittelpunkt rückt. Mit dem drit-ten Ansatz der „Ausgewogenen Nachhaltigkeit“ wird ein öko-anthropozentrischer Ansatz vertre-ten, der ein umweltgerechtes Wachstum nach ökologischen Konsummustern verfolgt.

Ökozentrischer Ansatz a.G. Feess (2018b)(verwendet ab Seite 29)Begriff aus der Umweltdiskussion, nach dem der Mensch gegenüber anderen Arten keine vorrangigen Rechte an der Natur genießt.

Operative Raumtemperatur (to)a.G. CEN (Hrsg.) (2005)(verwendet ab Seite 117)Gemäß DIN EN ISO 7730 auch als empfundene Temperatur bezeichnet und im Rahmen dieser Arbeit in der Bedeutung synonym mit dem Begriff der Raumtemperatur verwendet. Die operative (Raum-) Temperatur ist bei geringen Luftgeschwin-digkeiten kleiner 0,2 m/s das arithmetische Mittel aus der Lufttemperatur (ta) und der mittleren Strah-lungstemperatur (Tr) der Raumumfassungsflächen.

Persuasive Computing, Rechnerüberzeugung (dt.)a.G. Jacko (Hrsg.), Sears (Hrsg.) (2003)(verwendet ab Seite 18)Der Begriff des Persuasive Computing (im Deutschen: Rechnerunterstützung) bezeichnet den Ansatz, das Beurteilungs- und Entschei-dungsverhalten von Menschen durch Compu-tertechnologien bestimmend zu beeinflussen. Die Computer-gestützte Überzeugungsarbeit stellt da-bei eine nicht erzwungene Anpassung der Einstel-lungen oder Verhaltensweisen von Benutzern dar.

Pervasive Computing, Durchdringende Informationstechnik (dt.)a.G. Mattern (Hrsg.) (2007)(verwendet ab Seite 17)Pervasive Computing beschreibt die Durchdrin-gung des Alltags mit unsichtbar, im Hintergrund eingebetteter Informationstechnologie, „[...] die mit alltäglichen Arbeitsumgebungen verschmel-zen, in Gebrauchsgegenstände unsichtbar in-tegriert sind bzw. Lebensräume realisieren, die intelligent auf die Gegenwart des Menschen und seine Gewohnheiten, Absichten und Emotionen reagieren.“ Es handelt sich um eine „[...] auf die Funktion reduzierte, vom Gerät entkoppelte, in-telligente Informationstechnologie, die als Tech-nologie nicht mehr erkennbar ist, sondern als eine unterstützende Hintergrundassistenz pro-aktiv und weitgehend autonom agiert.“ Alter-nativ wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff des Ubiquitous Computing genannt.

Presence Control (pc)(verwendet ab Seite 102)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Automatisierte Haustechnikrege-lung und Innenraumkonditionierung in Abhän-gigkeit zur Anwesenheit der Bewohner. Es wird zwischen einer pauschalen Anwesenheit der Bewohner (pcDR dwelling related) und der raum-weisen Kontrolle der Anwesenheit (pcRR room related) unterschieden. Der Ansatz verfolgt die Möglichkeit, in Abhängigkeit zur Anwesenheit Services des Haushalts auszuschalten bezie-hungsweise wenn benötigt wieder zu aktiveren.

Raum-Nutzung-Diagramm (R-N-Diagramm)(verwendet ab Seite 52)Das Raum-Nutzungs-Diagramm beschreibt neben allgemein gängigen Verhältnissen aus Fläche zu Volumen (A/V-Verhältnis), zudem die prozentuale Verteilung von Raumvolumen zu Nutzungsweise. Die im Rahmen der Arbeit ent-wickelte isometrische und maßlich nachvoll-ziehbare Darstellung dokumentiert dabei die Proportionen einzelner Raum- und Flächenan-teile unterschiedlicher Wohnnutzungen unter-einander und kann sowohl zur Darstellung und zum Vergleich der Verhältnisse einzelner Wohn-einheiten wie auch zur Abbildung der Flächen- und Volumenverhältnisse von Gesamtgebäuden herangezogen werden.

CLII

Raumsuffizienz (RaS)(verwendet ab Seite 44)Die Raumsuffizienz stellt einen Bewertungs-maßstab baulicher Strukturen dar, der Ange-messenheit von Raumgrößen in Abhängigkeit zur Nutzung betrachtet. Neben dem umbauten Raum werden dabei auch darin enthaltene Aus-stattungen, wie Oberflächenausführungen, lo-ses und festes Mobiliar betrachtet.

Sensora.G. Zug (2011)(verwendet ab Seite 62)Als Sensor wird ein technisches Bauteil bezeichnet, dass selektiv den Zustand eines umgebenden Pa-rameters quantifizieren lässt. Der Sensor trans-formiert dabei die erfassten physikalischen, chemischen oder biologischen Messgrößen in durch andere Systeme weiter nutzbare elek-trische Signale. Typische Anwendungen sind beispielsweise Präsenz- oder Bewegungs-Sensoren (Motion Sensor) oder thermische, op-tische oder Feuchtigkeits-Sensoren.

Servicerobotika.G. DIN EN ISO 8373:2010-11(verwendet ab Seite 66)Ein Serviceroboter, oder auch Dienstroboter ge-nannt, ist gemäß Definition EN ISO 8373 ein Ro-boter, der unterstützend dem Menschen oder anderen Objekten des Haushalts zur Seite steht und „[...] nützliche Aufgaben für Menschen, die Ge-sellschaft oder Einrichtungen verrichtet. Die Norm unterscheidet in „persönliche“ und „professionelle Serviceroboter“, wobei letztere zusammengefasst werden können unter kommerziell genutzten Ro-botern.

Shade Control (sc)(verwendet ab Seite 130)Interaktionsform des Gebäudes im Rahmen der Dissertation. Verschattungsregelung die abhängig von nutzerspezifisch definierten, be-ziehungsweise auf Erfahrungen des Gebäudes beruhenden und erlernten Nutzeransprüchen die Helligkeiten im Raum regelt. Dabei findet diese In-teraktion in der Regel in Kombination mit weiteren des thermischen Raumkomforts Anwendung.

Smart Buildinga.G. Grün (2019), Mattern (Hrsg.) (2007)(verwendet ab Seite 58)Der Begriff des Smart Building ist ein übergeord-neter Begriff für alle gebäudebezogenen An-wendungen zur analytischen Erfassung situa-tiver Zustände in und an Gebäuden. Das Smart Building ist in der Lage unter Nutzung der Mög-lichkeiten des Internet of Things, sensorisch Zustände zu ermitteln und durch gespeicherte

„Erfahrungswerte“ eigenständig Reaktionen abzuleiten und auszuführen. Dabei enthalten intelligente Gebäude eine technische Ausstat-tung zum Erfassen, Auslösen und Steuern von Handlungen. In Mattem (Hrsg., 2007) wird mo-derne „Smartness“ beschrieben als das „[...] un-sichtbare, unaufdringliche, intelligente Handeln vernetzter Dinge.“ Als Teil des Smart Building gelten Bereiche, wie die des Smart Home oder Connected Home, Smart Office, Smart Factory, Smart Store und Retail, Smart Warehouse oder auch das Smart Hospital.

Smart Devicea.G. https://www.itwissen.info/Smart-Device-smart-device.html (abgerufen: 11.03.2020, 15:00)(verwendet ab Seite 59)Smart Devices sind über das Internet of Things (IoT) vernetzt und kommunizieren mit anderen Smart Devices über Funkprotokolle wie Blue-tooth oder Wireless LAN. Es sind eigenständige, mit Intelligenz ausgestattete Kleinstsysteme. Bei-spiele von Smart Devices sind Tablets, Phablets, Smart Watches, Fitness-Tracker, Hörgeräte, Smart Glasses oder digitale Sprachassistenten.

Smart Homea.G. Statista (Hrsg.) (2019b), de.wikipedia.org_(Hrsg.) (2018)(verwendet ab Seite 61)Ein Smart Home ist eine Unterkategorie des Smart Building. Es definiert sich als ein Gebäu-de, das ausgestattet mit einer Gebäudeintelli-genz, Sensoren und Aktoren die Möglichkeiten des Internet of Things nutzt und Automatisie-rungen von Prozessen im häuslichen Umfeld erreicht. Das Smart Home dient als Oberbegriff für technische Verfahren und Systeme in Wohn-räumen und -häusern, in deren Mittelpunkt eine Erhöhung von Wohn- und Lebensqualität, Si-cherheit und effizienter Energienutzung auf Basis vernetzter und fernsteuerbarer Geräte und Installa-tionen sowie automatisierbarer Abläufe steht.

Smart Readiness Indicator (SRI)a.G. Vito-NV (Hrsg.) (2018)(verwendet ab Seite 24)Dieser Indikator unterstützt, intelligente Eigen-schaften von Gebäuden zu bewerten. Intel-ligenz von Gebäuden umfasst die Fähigkeit, ihren Betrieb an die Bedürfnisse der Insassen anzupassen, die Energieeffizienz sowie die Ge-samtleistung zu optimieren und ihren Betrieb als Reaktion auf Signale des Netzes anzupassen (Energieflexibilität). Der Indikator ist Bestandteil der EPBD, die darauf abzielt, den Einbau und die Entwicklung intelligenter Gebäudetechnolo-gien zu fördern.

10 I

CLIII

Solarstroma.G. https://www.duden.de/rechtschreibung/Solarstrom (abgerufen: 11.10.2018, 15:00)(verwendet ab Seite 89)Solarstrom beschreibt elektrische Energie, die aus Sonnenenergie gewonnen wird.

Solare Deckungsrate, Solarer Deckungsgrad(verwendet ab Seite 84)Die Solare Deckungsrate beschreibt das Ver-hältnis der gewonnenen Solarenergie im Bezug zum gegebenen Energiebedarf.

Suffizienza.G. Bierwirth (2017); Brisckke, Leuser, Duscha et al. (2016); Fischer, Grießhammer (2013); Jenny (2016); Kohlhammer (Hrsg.), Steffen, Fuchs et al. (2015); Linz (2012); Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012); Sachs (1993); Stengel (2011)(verwendet ab Seite 35)Suffizienz beschreibt die Angemessenheit eines getätigten Aufwands im Verhältnis zu dessen resultierenden Nutzen. Je geringer der Aufwand einer Maßnahme oder einer Nutzung ausfällt, desto höher ist der Grad der Suffizienz anzuneh-men. Ist ein Ergebnis hinreichend, aber nicht im Überfluss, also dem Bedürfnis nach angemes-sen erfüllt, ist von einer suffizienten Umsetzung auszugehen.

Suffizienzgrad(verwendet ab Seite 42)Durch Schaffung des Verhältnisses aus Aufwand zum resultierenden Nutzen als Suffizienzgrad lässt sich die Suffizienz eines Bauwerks ablesbar und bewertbar machen, ähnlich dem Verhältnis aus Fläche zu Volumen (A/V-Verhältnis). Die Bewer-tung des Suffizienzgrads einer Immobilie führt dabei gleichsam zum Wandel der Bezugsgröße. Gegenüber der in der Effizienzbewertung üblichen Betrachtung vom Aufwand im Verhältnis zum Qua-dratmeter, nutzt die Suffizienz das Verhältnis des Aufwands je Nutzenden (z. B. Flächenbedarf pro Person, Wärmebedarf pro Person, etc.).

Suffizienzoptimum(verwendet ab Seite 42)Suffizienzoptimum beschreibt eine moderate Anwendung suffizienter Konzepte im Gebäude zur angemessenen Erfüllung bestehender Nach-fragen bei gleichzeitiger Wahrung anspruchsori-entierter Komfortvorstellungen. In der Gebäu-desuffizienz bedeutet dies, ein ausgeglichenes Verhältnis von Raum-, Nutzungs- und Tech-niksuffizienzmaßnahmen innerhalb des Suffizi-enzspektrums zu erreichen. Synonym werden auch die Begriffe „Angemessenheitsoptimum“, „nutzungsorientiertes Suffizienzoptimum / An-gemessenheitsoptimum“ verwendet.

Suffizienzspektrum(verwendet ab Seite 42)Spannweite zur Eingriffstiefe in der Umsetzung suffizienter Konzepte. Ausgehend von einem minimaler bis hin zu einem maximalen Grad an Anpassung, Substitution und Reduktion.

Ubiquitous Computing Allgegenwärtige Rechner (dt.)a.G. Mattern (Hrsg.) (2007)(verwendet ab Seite 80)Der Begriff beschreibt die Allgegenwärtigkeit von Computertechnologien. Ubiquitous Computing beschäftigt sich mit der unsichtbaren Verfügbar-keit von Informationstechnologien, „[...] welche mit digitaler Logik, Sensorik und der Möglichkeit zur drahtlosen Vernetzung ausgestattet ein „In-ternet der Dinge“ bilden, in dem der Computer als eigenständiges Gerät verschwindet und in den Objekten der physischen Welt aufgeht.“ Der Begriff wird häufig auch gleichgesetzt mit dem Pervasive Computing.

Techniksuffizienz (TeS)(verwendet ab Seite 44)Techniksuffizienz als einer von drei Bestandtei-len der Gebäudesuffizienz beschäftigt sich mit der Angemessenheit technischer und vernet-zender Ausstattungen im und am Gebäude. Tinyhousea.G. https://tiny-houses.de/was-sind-tiny-houses/ (abgerufen: 11.07.2017, 13:00)(verwendet ab Seite 46) In dem Konzept des Tinyhouse ist man bemüht, die kompakt-möglichste Form von Wohnraum zu finden. Auf engstem Raum werden größtmög-liche Raumprogramme erfüllt. Dabei überneh-men einzelne Räume meist mehrere Funktionen gleichzeitig. Tinyhouses werden häufig dort ge-plant und gebaut, wo äußere Bedingungen kei-ne konventionellen Bautypen zulassen.

Vernetzung (multimodal)(verwendet ab Seite 58) Die Vernetzung stellt eine infrastrukturelle Ver-bindung zwischen zwei Endpunkten dar, die einen Austausch ermöglicht. Eine multimodale Vernetzung nutzt dabei unterschiedliche Modi oder Möglichkeiten, um eine Verbindung zwi-schen zwei Endpunkten herzustellen.

CLIV

Virtual Reality (VR), Virtuelle Realität (dt.)a.G. Medien-Institut Bremen (Hrsg.) (2000)(verwendet ab Seite 66) Die Virtual Reality erlaubt durch Verwendung passender Kommunikationsschnittstellen, wie VR-Brillen, sich in computersimulierten Räumen frei zu bewegen. Die vom Computer berechne-ten Wechselwirkungen werden in realistischen Bildeindrücken, akustischen Signalen und simu-lierten Beschleunigungskräften an den Benutzer weitergegeben.

Wearable Computing, Tragbare Computer (dt.)a.G. https://de.wikipedia.org/wiki/Wearable_Computing (abgerufen: 02.03.2020, 11:00)(verwendet ab Seite 78)Das Forschungsfeld des Wearable Computing, englisch für „tragbare Datenverarbeitung“, be-schäftigt sich mit der Entwicklung tragbarer und im Alltag mitführbarer Computersysteme. Ein Wearable wird während der Anwendung am Körper des Benutzenden getragen (z. B. Smart-watch, Datenbrille) oder ist unmittelbar in die Kleidung integriert.

Zwischenraum (verwendet ab Seite 46)Zwischenräume werden als Raumanteile im Innen- und Außenraum von Wohnungen ange-sehen, die nicht eindeutig einer spezifischen Nutzung oder einem Raum zugeordnet werden können. Sie erfüllen je nach Nutzung der an-grenzenden Räume verschiedene Raumfunkti-onen gleichzeitig.

10 I

CLV

I CLVI

Anl-2 Gebäudetypologische Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche

Die Beantwortung der Frage, was ein angemessener Anspruch an Wohn-raum und Wohnfläche je Person darstellt, ist, wie es auch an anderen Stel-len dieser Arbeit betont wird, prinzipiell stark von der subjektiven Haltung des jeweiligen Bewohnenden abhängig. Der angemessene Wohnraum ist demzufolge nicht in einer einzelnen Zahl als Kennwert zusammenzufas-sen und zu betiteln. Indem der aktuell genutzte Wohnungsbau betrachtet wird, ist es andererseits jedoch möglich, herauszufinden, welche Größen an Wohnflächen und Wohnräumen im Allgemeinen als akzeptabel ange-sehen werden. Daraus lassen sich wiederum aus der Häufigkeitsvertei-lung analysierter Projekte Medianwerte sowie minimale und maximale Ansprüche nach Raum und Fläche ableiten.

Die Untersuchung der Forschungsfrage, die unter anderem die Betrach-tung zum angemessenen Umgang mit Wohnraum einschließt, bedingt es, die gegebenen Ansprüche an den umbauten Raum grundlegend zu ana-lysieren. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen der Projektlaufzeit mit dem Fokus auf Mitteleuropa Wohngebäude hinsichtlich bestehender Raum- und Flächenangebote analysiert worden. In studentischen For-schungsarbeiten1 wurden Wohngebäude überwiegend mit einer Bauzeit beziehungsweise Zeit der Entwurfsverfassung zwischen den Jahren 2000 bis 2019 unterteilt in Angaben zum Gesamtgebäude, dem Flächen- und Raumanspruch je Geschoss sowie Raumverhältnisse unterschiedlicher Nutzungsbereiche von den jeweiligen Wohneinheiten betrachtet. Wäh-rend beim Gebäudetyp des Einfamilienhauses eine Wohneinheit dem Gesamtgebäude entspricht, stellt sie im Geschosswohnungsbau die ein-zelne untersuchte Wohnung dar. Die dokumentierten Ergebnisse beruhen auf einer Auswahl an Wohngebäuden, die unterteilt nach Gebäudetyp in der Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrauman-sprüchen“ als einzelne Projekte aufgeführt sind.

Die Ergebnisse zum Wohnraumanspruch gliedern sich in allgemeine Aussa-gen zum Raum- und Flächenanspruch im Wohnungsbau sowie in spezifische Angaben über die Raum- und Flächenangebote einzeln betrachteter Gebäu-detypen. Dabei sind das Einfamilienhauses (EFH), Doppelhauses (DH), Rei-henhauses (RH) sowie der Geschosswohnungsbaus (GWB) im Allgemeinen und das Wohnhochhaus (HH) als separat betrachteter spezifischer Wohnge-bäudetyp des Geschosswohnungsbaus aufgeführt.

Die dargestellten Kennwerte zeigen als Zahlenwerte in Quadratmetern und Kubikmetern sowie in prozentualer Verteilung die Anteile einzelner Wohnnut-zungen am Gesamtvolumen beziehungsweise an der Gesamtwohnfläche der betrachteten Wohneinheit. Die Wohnnutzungen sind differenziert in die Be-reiche gemeinschaftlicher Nutzung (ge), privater Schlaf- oder Ruhebereiche (ru), Wohnbereiche (wo), Bereiche zum Kochen (ko), Waschen (sa) und Arbei-ten (ar) sowie Erschließungsbereiche (er) und sonstige (so), nicht näher zuor-denbare Bereiche der Wohneinheit. In der Gebäudetyp-übergreifenden Be-trachtung, wie auch in den spezifischen Auswertungen je Gebäudetyp finden sich die zugehörigen Werte einmal dargestellt als Raum-Nutzung-Diagramm mit Verhältnissen der einzelnen Nutzungsbereiche untereinander. Weitere Balkendiagramme beschreiben die Spannweite der aktuell im Wohnungsbau genutzten Raum- und Flächengrößen unterteilt nach den einzelnen Nutzungs-

1 Die studentischen Grundlagen-Studien zum zeitgenössischen Anspruch nach Wohnraum in Mitteleuropa erfolgten aufbauend auf der Seminarreihe „MaxiMin – angemessen bauen“ am Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen, Prof. Kuhn, TU Darmstadt, im Zeitraum zwischen 2017–2019 durch For-schungsarbeiten der Studierenden Kirstein (2019) und Dix-Landgraf (2019).

CLVII I

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

bereichen unter Angabe der Maximal-, Minimal- und Medianwerte. Die einzel-nen Diagramme bilden demzufolge ein synthetisches Gebäude der jeweiligen Typologie oder des allgemeinen Wohnungsbaus aus Durchschnittswerten be-ziehungsweise Medianwerten ab.

Die durchschnittlichen Kennwerte zum Anspruch an Raum und Fläche zeigen losgelöst vom Wohngebäudetyp eine grundlegend kongruente Verteilung der prozentualen Anteile der einzelnen Wohnnutzungen inner-halb der Wohneinheiten. In der direkten Gegenüberstellung beanspruch-ter Flächenanteile zum resultierenden Raumvolumen hebt sich lediglich der Bereich der gemeinschaftlich genutzten Flächen überdurchschnittlich ab. Die ermittelten Gemeinschaftsbereiche weisen eine lichte Raumhöhe auf, die mit durchschnittlich 3,54 Metern in den einzelnen untersuchten Projekten im Verhältnis zu den weiteren Wohnbereichen deutlich erhöht ist. Da sich der Durchschnittswert lediglich aus den Angaben der Projekte mit vorhandenem Gemeinschaftsbereich ableitet, zeichnen sich verein-zelte Projekte überdurchschnittlich stark ab. Dieser Wert ist durch eine Ausweitung der Wohnungsbaustudie zu überprüfen und wird voraussicht-lich durch die Ausweitung der betrachteten Projekte mit Gemeinschafts-nutzung zu einem moderateren Wert des Raumvolumens und somit der lichten Raumhöhe führen. Prinzipiell zeigen die Werte zur Gemeinschafts-nutzung jedoch, dass in zeitgenössischer Wohnarchitektur in Mitteleuropa mit 20 % des Raumvolumens und 13 % des Flächenbedarfs von Wohneinheiten die gemeinschaftlich genutzte Fläche, die allgemein als eine Möglichkeit zur Steigerung von Raumsuffizienz angesehen wird, schon einen wesentlichen Anteil im Wohnungsbau ausmacht. In den späteren Einzelbetrachtungen je Gebäudetyp wird jedoch deutlich, dass dieser Nutzungsbereich sich lediglich auf einzelne Wohngebäudetypologien begrenzt.

Die Wohn- und Essbereiche sowie die Bereiche des Rückzugs, die Räum-lichkeiten wie Schlafräume und private Zimmer betrachten, dominieren hingegen, wenn man den Bereich der Gemeinschaftsnutzung aus den zu-vor genannten Gründen unberücksichtigt lässt, in Deutschland und den angrenzenden mitteleuropäischen Ländern Gebäudetypologie-übergrei-fend den Grundriss des durchschnittlichen Wohngebäudes. Abb. 115 (1)

Abb. 115: Allgemeiner Raum- und Flächenbedarf im Woh-nungsbau. Gebäudetyp übergreifende durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnflä-che des mitteleuropäischen Wohnungsbaus unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung: (1) R-N-Diagramm als iso-metrische Schemadarstel-lung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbe-reichen. (2, 3) Diagramme zum Vo-lumen- und Flächen-Spek-trum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

(1)

I CLVIII

Deutschspr. Raum - Volumen - allgemein

wo ru ar ko sa er zw ge auv so

Rau

mvo

lum

en je

Woh

nein

heit

[m3 ]

max

min

median

30,2

328,9

261,1

58,0 66,8

115,9

17,9 9,8

129,7

314,0

131,6

177,6

6,0 4,8

101,3

3,7 4,2 2,6 0 0

107,2

125,1145,471,7

30,9

24,1

53,6

18,633,9

19,4

Deutschspr. Raum - Fläche - allgemein


Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

102,1 105,3

20,4 23,8

46,3 40,9

29,9

69,1 62,4

11,2 6,7 3,9 1,8 1,5 3,7 0,9

39,4

2,2 0 0

50,442,3

26,4

10,9

9,918,3

6,5

34,1

12,37,6

zeigt, dass die beiden Bereiche in der Regel 42 % des Wohngrundrisses und 40 % des Raumvolumens ausmachen. Der Sanitärbereich und der Bereich zum Kochen beanspruchen ebenso wie der in der Regel vorzu-findende, im Gebäudevolumen integrierte Außenraum jeweils vier bis fünf Prozent des Raumvolumens und Flächenbedarfs. Tendenziell weisen Sa-nitärbereiche eine geringere lichte Raumhöhe auf. Der Küchenraum und der Außenraum hingegen orientieren sich an der Raumhöhe des Wohnbe-reichs und haben trotz ähnlicher Flächenausdehnung wie die Sanitärbe-reiche tendenziell eine höhere Raumhöhe.

Die separaten Darstellungen der Volumen- und Flächenanteilen in Abb. 115 (2, 3) bestätigen die vorangestellte Aussage, dass neben der großen Varianz sowohl in der Fläche wie auch im Volumen im Umgang mit Wohn- und Rückzugsbereichen der Wohngrundriss nachvollziehbarerweise von diesen Nutzungsbereichen dominiert ist. Eine auffällig hohe Spreizung zwischen ermitteltem Minimalwert und Maximalwert zeigt sich zudem in den Flächen- und Raumanteilen für sonstige, nicht näher zuordenbare Be-reiche innerhalb von Wohneinheiten. Wenn man in diesem Kontext jedoch den zugehörigen Medianwert betrachtet, erkennt man, dass die Maximal-werte lediglich auf einzelnen Analysewerten beruhen und im Allgemeinen der Wert für sonstige Bereiche deutlich geringer ausfällt. Der Median be-schreibt als statistisches Lagemaß in einer, der Größe nach geordneten, Reihe an Werten, den Mittelwert und wird daher oft verwendet, da extreme Einzelwerte bei einer gewissen Menge an Werten, wie im beschriebenen Fall, nicht über die Maße ins Gewicht fallen.

(3) Volumenanteile Gesamt [m3] (Median, maximaler und minimaler Raumanspruch)

(2) Flächenanteile Gesamt [m2] (Median, maximaler und minimaler Flächenanspruch)

CLIX I

EFH Einfamilienhaus

Kenngrößen allgemein

min median max min median max min median max min median max5,10 7,30 2,54 3,0 1,0

248,0 107,9

10,16 1,37 3,60 2,0 4,0 1,0 1,0

min median max min median max min median max min median max

357,5 0,46 0,22 636,0min median max min median max min median max min median max

105,0 390,3 38,0 139,9

350,0 560,0 0,30 0,70 0,11 0,39 278,0 1068,5

Anspruch an Wohnfläche [qm]ø Wohnfläche Wohneinheit allg.

nach Angaben desStatistisches Bundesamt (2017)

91,80 66,70 48,00 30,70K

nach SuI Kenngrößenstudie Raumsuffizienz


Gebäudetyp (ges.) wohnen (wo) ruhe / privat (ru) arbeiten (ar)

182,87 330,43 50,43 102,10 14,60 48,84 105,30 13,40 26,40

kochen (ko) sanitär (sa) erschließen (er) zwischenraum (zw)

7,32 10,92 20,42 5,55 9,55 14,86 9,00 23,90 37,17 2,30 18,91 40,90

gemeinschaft (ge) sonstiges (so) außenraumv (auv) außenrauma (aua)

0 0 0

0 0 0

2,60 24,58 69,10 3,80 3,80 3,80 38,00 119,10 200,20

Anspruch an Wohnraum [qbm]

ø Wohnfläche1-Pers-Haushalt

ø Wohnfläche p.P.2-Pers-Haushalt

ø Wohnfläche p.P.3+-Pers-Haushalt

213,93min median max min median max min median max min median max




113,82 1220,70 67,96 145,43 289,83 32,12 119,75 261,14 42,14 71,70 101,26


16,99 21,98 57,97 15,35 24,14 116,82 29,78 59,19 86,45 5,70 50,16 129,65


6,63 60,13 177,59 14,29 14,29 14,29 38,00 119,10 200,20




(128,11)*1 (1234,99)*1(589,95)*1

(186,67)*1

*1 Gebäudetyp gesamt inklusive des Außenraum v

(410,07)*1(256,61)*1

ø Gebäudehöhe [m] ø Geschosshöhe [m] ø Geschossanzahl [-] ø Anz. Wohneinheiten [-]

BGF [qm] NRF [qm] KGF [qm] GR [qm]

NBL [qm] GFZ [-] GRZ [-] BRI [qbm]

29,28 39,40

EFH Einfamilienhaus



248,0 107,9

10,16 1,37 3,60 2,0 4,0 1,0 1,0



105,0 390,3 38,0 139,9

350,0 560,0 0,30 0,70 0,11 0,39 278,0 1068,5



91,80 66,70 48,00 30,70K




182,87 330,43 50,43 102,10 14,60 48,84 105,30 13,40 26,40


7,32 10,92 20,42 5,55 9,55 14,86 9,00 23,90 37,17 2,30 18,91 40,90


0 0 0

0 0 0

2,60 24,58 69,10 3,80 3,80 3,80 38,00 119,10 200,20









113,82 1220,70 67,96 145,43 289,83 32,12 119,75 261,14 42,14 71,70 101,26


16,99 21,98 57,97 15,35 24,14 116,82 29,78 59,19 86,45 5,70 50,16 129,65


6,63 60,13 177,59 14,29 14,29 14,29 38,00 119,10 200,20




(128,11)*1 (1234,99)*1(589,95)*1

(186,67)*1


(410,07)*1(256,61)*1




29,28 39,40

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

14,7914,79

14,62514,625

max3,54

max3,76

Fläche [m2]

Höhe [m]Fläche [m

2]

Höhe [m]



HHGWB

allg.

EFH RHDH

6%

sa








wohnen (wo)V=145,4 A=50,4 h=2,63



arbeiten (ar)V=71,7 A=26,4 h=2,86

sanitär (sa)V=24,1 A=10,0 h=2,46

kochen (ko)V=30,9 A=10,9 h=2,63


allgemein


25%

23%

wo

21%

22%

ru

er 10%

11%

5%

5%

ko

10%

11%

12%

12%

ar

so

4%

5%

au5%

5%

au2%

3%


V=71,70 A=26,40 h=2,86

sanitär (sa)V=27,24 A=9,95 h=2,59

kochen (ko)V=30,87 A=10,92 h=2,66


erschließ. (er)V=53,58 A=18,28 h=2,73

wohnen (wo)V=145,43 A=50,43 h=2,66

er

20%

16%

ge

11%

12%

ar

17%

19%

ru23%

23%

wo9%

8%

3%

3%

4%

5%

sako

5%

5%

so



ZW6%

5%

ZW3%

4%

9%9%

Abb. 116: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Einfamilienhaus (EFH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnflä-che des Gebäudetyps Einfamilienhaus im mitteleuropä-ischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

(1) R-N-Diagramm

Das Einfamilienhaus (EFH) zeichnet sich aus als ein punktförmiges Gebäude mit ergänzendem Freiflächenanteil. Der Gebäudetypus ist dem-entsprechend häufig in offenen urbanen oder ruralen Wohngebieten vorzufinden, die eine ver-gleichsweise geringe bauliche Dichte aufweisen.

Das durchschnittliche Raumvolumen eines Ein-familienhauses mit rund 575 Kubikmetern und einer als typisch ermittelten Wohnfläche von circa 214 Quadratmetern zeigen das vergleichs-weise große Bauvolumen des Gebäudetypus im Verhältnis zur Anzahl der beherbergten Haus-halte. Mit einer Gebäudegrundfläche (GR) im Median von rund 107 Quadratmetern zuzüglich der Besonderheit der, im Median vorhandenen, circa 120 Quadratmeter großen privaten Freiflä-che dehnt sich das Einfamilienhaus zusätzlich vergleichsweise stark in der Fläche aus.

Neben der Besonderheit des Gartens finden sich in dem Gebäude üblicherweise familiär ge-prägte Haushaltsformen. Durch die variierende Personenanzahl in Familienhaushalten und den je nach Lebensabschnitt wechselnden Haus-haltszusammensetzungen ist der Raum- und Flächenbedarf pro Person differenziert zu be-trachten. Bei einem Zwei-Personen-Haushalt, indem beispielsweise ein Paar das Einfamilien-haus bewohnt, ergibt sich ein Raumbedarf pro Person von rund 288 Kubikmetern bei einem Flächenbedarf von 107 Quadratmetern. Im Fall der Familie als Paar mit zwei Kindern ergibt sich ein Raumbedarf von 194 Kubikmetern mit einem immer noch überdurchschnittlichen Be-darf an Fläche pro Person von 53 Quadratme-tern (vgl. Abb. 7).

I CLX

EFH Einfamilienhaus



248,0 107,9

10,16 1,37 3,60 2,0 4,0 1,0 1,0



105,0 390,3 38,0 139,9

350,0 560,0 0,30 0,70 0,11 0,39 278,0 1068,5



91,80 66,70 48,00 30,70K




182,87 330,43 50,43 102,10 14,60 48,84 105,30 13,40 26,40


7,32 10,92 20,42 5,55 9,55 14,86 9,00 23,90 37,17 2,30 18,91 40,90


0 0 0

0 0 0

2,60 24,58 69,10 3,80 3,80 3,80 38,00 119,10 200,20









113,82 1220,70 67,96 145,43 289,83 32,12 119,75 261,14 42,14 71,70 101,26


16,99 21,98 57,97 15,35 24,14 116,82 29,78 59,19 86,45 5,70 50,16 129,65


6,63 60,13 177,59 14,29 14,29 14,29 38,00 119,10 200,20




(128,11)*1 (1234,99)*1(589,95)*1

(186,67)*1


(410,07)*1(256,61)*1




29,28 39,40

Deutschspr. Raum - Volumen - Einfamh EFH


Rau

mvo

lum

en je

Woh

nein

heit

[m3 ]

max

min

median

261,1

36,2

86,4

129,7

177,6

58,0

42,1 29,8

14,3 32,1

17,0 15,3

101,3

5,7 14,3 6,6

68,0

289,8

0

145,4119,7 71,7 59,2

50,2 60,130,924,1

Deutschspr. Raum - Fläche - Einfamh EFH

102,1 105,3

39,4

20,4 14,9

37,2 40,9

2,3

3,8

69,1

29,3

14,6 13,4 7,3 5,6 9,0

3,8 wo ru ar ko sa er zw ge auv so

Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

50,448,8

26,410,9

9,9

23,9

18,9 24,6

0



CLXI I

DH Doppelhaus


min median max min median max min median max min median max5,00 8,22 2,70 3,0

492,6 173,1

12,93 2,30 7,62 2,0 4,5



371,0 651,9 80,2 328,8



91,80 66,70 48,00 30,70K




113,82 363,52 32,08 59,69 88,85 29,95 51,65 70,40 0 0 0


6,42 11,94 17,77

25,40 43,00 62,40

8,96 14,16 23,85 7,54 18,28 46,34 2,00 15,48 33,40


1,48 7,65 20,51 15,75 17,38 19,00 11,15 37,50 67,18









321,56 1153,39 103,48 160,25 243,76 79,37 140,47 201,62 0 0 0

73,66 182,27 314,02


20,70 32,05 48,75 20,03 37,86 66,83 19,23 53,58 115,85 5,10 43,36 94,39


0 19,39 68,17 21,66 34,11 46,55 11,15 37,50 67,18

703,33(343,22)*1 (1199,94)*1(737,44)*1

(129,57)*1


(410,07)*1(256,61)*1







DH Doppelhaus



492,6 173,1

12,93 2,30 7,62 2,0 4,5



371,0 651,9 80,2 328,8



91,80 66,70 48,00 30,70K




113,82 363,52 32,08 59,69 88,85 29,95 51,65 70,40 0 0 0


6,42 11,94 17,77

25,40 43,00 62,40

8,96 14,16 23,85 7,54 18,28 46,34 2,00 15,48 33,40


1,48 7,65 20,51 15,75 17,38 19,00 11,15 37,50 67,18









321,56 1153,39 103,48 160,25 243,76 79,37 140,47 201,62 0 0 0

73,66 182,27 314,02


20,70 32,05 48,75 20,03 37,86 66,83 19,23 53,58 115,85 5,10 43,36 94,39


0 19,39 68,17 21,66 34,11 46,55 11,15 37,50 67,18

703,33(343,22)*1 (1199,94)*1(737,44)*1

(129,57)*1


(410,07)*1(256,61)*1







11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

ko7%

6% ko5%

5%

au10%

7%

au7%

5%

3

ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

wo ge19%4%

10%

9%

so

au

5%k o

ers a

24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

sakoer so

au10%

10%

26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

ko7%

6% ko5%

5%

au10%

7%

au7%

5%

3

ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

wo ge19%4%

10%

9%

so

au

5%k o

ers a

24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

sakoer so

au10%

10%

26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

Abb. 117: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Doppelhaus (DH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnflä-che des Gebäudetyps Doppelhaus im mitteleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

(1) R-N-Diagramm

Das Doppelhaus (DH) ist geprägt von zwei Dop-pelhaushälften, die über eine, die einzelnen Wohneinheiten in eigenständige Gebäude tren-nende, gemeinsame Wand verfügen. Die beiden Gebäudehälften sind oftmals in Fassade und Grundriss achsensymmetrisch gleichgestaltet. Der Gebäudetypus ist durch seinen in der Regel gege-benen Freiflächenanteil in städtischen Quartieren mit moderater, baulicher Dichte vorzufinden.

Jede der beiden Wohneinheiten wird jeweils durch einen Haushalt, oftmals familiärer Prä-gung genutzt. Dabei ähnelt die Nutzungsweise sehr der des Einfamilienhauses mit einem ge-ringeren Flächen- und Raumanteil an sonstigen Nutzungen von nur drei Prozent. Der Gebäude-typus bietet andererseits mitunter einen verbin-denden, gemeinschaftlich genutzten Bereich innerhalb des Gebäudes. Mit einem üblichen Raumvolumen von rund 703 Kubikmetern und 293 Quadratmetern Wohnfläche ergänzt um

applizierte Flächen im Außenraum, wie Gärten oder auch Balkone, zeigt der Gebäudetypus im Verhältnis zu den üblicherweise zwei beher-bergten Haushalten einen relativ großen Bedarf an umbauten Raum je Haushalt.

Je Wohneinheit finden sich, ähnlich wie im Ein-familienhaus, Haushalte mit unterschiedlicher Bewohneranzahl. Wenn von einem Zwei-Per-sonen-Haushalt als Paar ausgegangen wird, besteht ein Raumbedarf von 176 Kubikmetern bei einer genutzten Wohnfläche von 60 Qua-dratmetern. Eine Familie als Paar mit zwei Kin-dern hingegen beansprucht je Doppelhaushälfte entsprechend 88 Kubikmetern bei einem Flä-chenbedarf von 30 Quadratmetern. Auf Grund der geringen Anzahl untersuchter Objekte im Rahmen der Arbeit sind die vorliegenden Werte in einer erweiterten Studie zu vertiefen.

I CLXII

DH Doppelhaus



492,6 173,1

12,93 2,30 7,62 2,0 4,5



371,0 651,9 80,2 328,8



91,80 66,70 48,00 30,70K




113,82 363,52 32,08 59,69 88,85 29,95 51,65 70,40 0 0 0


6,42 11,94 17,77

25,40 43,00 62,40

8,96 14,16 23,85 7,54 18,28 46,34 2,00 15,48 33,40


1,48 7,65 20,51 15,75 17,38 19,00 11,15 37,50 67,18









321,56 1153,39 103,48 160,25 243,76 79,37 140,47 201,62 0 0 0

73,66 182,27 314,02


20,70 32,05 48,75 20,03 37,86 66,83 19,23 53,58 115,85 5,10 43,36 94,39


0 19,39 68,17 21,66 34,11 46,55 11,15 37,50 67,18

703,33(343,22)*1 (1199,94)*1(737,44)*1

(129,57)*1


(410,07)*1(256,61)*1







Deutschspr. Raum - Volumen - Doppelh DH


Rau

mvo

lum

en je

Woh

nein

heit

[m3 ]

max

min

median

243,8

201,6

48,8

314,0

68,2 103,5

79,4 73,7

21,7

115,9

46,6

20,7 20,0 19,2

66,8 94,4

5,1 3,5

19,4

34,143,4

53,637,932,1

0

182,3

140,5160,3

Deutschspr. Raum - Fläche - Doppelh DH


Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

88,9

70,4

17,8 23,8

62,4

19,0 20,5 32,1 30,0

6,4 9,0 7,5 2,0

25,4 15,8

46,3

33,4

1,5

59,751,7

11,910,4

18,315,5

43,0

17,4 7,6

0



CLXIII I

RH Reihenhaus



187,0 71,2

11,80 2,27 5,04 2,0 4,0



161,9 369,5

135,5135,5 135,5

57,3 94,6



91,80 66,70 48,00 30,70K




89,23 267,67 42,27 61,34 88,71 23,14 42,30 59,50 0 0 0


8,45 12,27 17,74 5,78 10,43 13,06 4,35 22,71 38,03 2,12 6,53 11,10


3,12 18,66 39,53 9,30 19,62 29,93 15,75 15,75 15,75





193,85min median max min median max min median max

0 0 0

0 0 0

min median max




217,82 730,63 97,22 175,90 269,38 62,48 107,22 158,87 0 0 0


19,44 35,18 53,88 13,96 27,24 34,44 11,61 60,34 91,93 4,77 18,57 29,64


8,33 46,89 92,49 28,37 33,89 39,42 15,75 15,75 15,75

505,23(246,19)*1 (770,05)*1(539,12)*1

(98,53)*1


(297,60)*1(213,47)*1







RH Reihenhaus



187,0 71,2

11,80 2,27 5,04 2,0 4,0



161,9 369,5

135,5135,5 135,5

57,3 94,6



91,80 66,70 48,00 30,70K




89,23 267,67 42,27 61,34 88,71 23,14 42,30 59,50 0 0 0


8,45 12,27 17,74 5,78 10,43 13,06 4,35 22,71 38,03 2,12 6,53 11,10


3,12 18,66 39,53 9,30 19,62 29,93 15,75 15,75 15,75






0 0 0

0 0 0

min median max




217,82 730,63 97,22 175,90 269,38 62,48 107,22 158,87 0 0 0


19,44 35,18 53,88 13,96 27,24 34,44 11,61 60,34 91,93 4,77 18,57 29,64


8,33 46,89 92,49 28,37 33,89 39,42 15,75 15,75 15,75

505,23(246,19)*1 (770,05)*1(539,12)*1

(98,53)*1


(297,60)*1(213,47)*1







11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

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6% ko5%

5%

au10%

7%

au7%

5%

3

ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

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10%

9%

so

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5%k o

ers a

24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

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10%

26%

8%3%

18%

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8%

8%6%7%7%

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19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%11,555

11,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

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10%

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6% ko5%

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29%

2%22%

29%

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32%

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10%

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8%3%

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8%6%7%7%

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19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

Abb. 118: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Reihenhaus (RH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnflä-che des Gebäudetyps Reihenhaus im mitteleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

(1) R-N-Diagramm

Das Reihenhaus (RH) existiert als Reihenmittel-haus und Reihenendhaus mit dementsprechend einseitiger oder zweiseitiger gekoppelter Bau-weise zum Nachbarhaus. Die im Median aus zweieinhalb Geschossen bestehenden Gebäu-de sind wie beispielsweise Zeilenbauten in einer Baulinie angeordnet vorzufinden, aber werden auch versetzt zueinander aufgereiht. Neben den gebäudetypologischen Eigenschaften weisen Reihenhäuser in der Regel immer einen gewis-sen Freiflächenanteil auf. Durch die meist in-nerstädtische Baulage ist dieser, im Vergleich zu den weiteren Gebäudetypen mit nur einem Haushalt, deutlich geringer.

Auf einer durchschnittlichen Gebäudegrundflä-che von rund 71 Quadratmetern ordnet sich über bis zu vier Vollgeschossen eine Wohnfläche von 194 Quadratmetern mit einem Raumvolumen von rund 505 Kubikmetern an. Den Gebäude-typus dominieren die Bereiche für Wohnen und

private Rückzugsräume mit einem Volumenan-teil an der Wohneinheit von 56 Prozent bei ähn-lich großem Flächenanteil. Auffällig ist hierbei, dass im Vergleich zu den weiteren, betrachte-ten Gebäudetypen mit nur einem Haushalt, der Wohnbereich sich auch gegenüber dem Ruhe-bereich in der Größe nochmals hervorhebt.

Die Größe des Haushalts innerhalb des Ge-bäudetypus kann ähnlich den weiteren, durch familiäre Haushalte geprägten Gebäudetypen, unterschiedlich ausfallen. Bei einem Haushalt als Paar ergibt sich ein Raumbedarf pro Person von 253 Kubikmetern und eine Wohnfläche von 96 Quadratmetern. Die Familie als Paar mit zwei Kindern beansprucht somit pro Person 126 Ku-bikmeter bei immer noch überdurchschnittlichen 48 Quadratmetern Wohnfläche pro Person.

I CLXIV

RH Reihenhaus



187,0 71,2

11,80 2,27 5,04 2,0 4,0



161,9 369,5

135,5135,5 135,5

57,3 94,6



91,80 66,70 48,00 30,70K




89,23 267,67 42,27 61,34 88,71 23,14 42,30 59,50 0 0 0


8,45 12,27 17,74 5,78 10,43 13,06 4,35 22,71 38,03 2,12 6,53 11,10


3,12 18,66 39,53 9,30 19,62 29,93 15,75 15,75 15,75






0 0 0

0 0 0

min median max




217,82 730,63 97,22 175,90 269,38 62,48 107,22 158,87 0 0 0


19,44 35,18 53,88 13,96 27,24 34,44 11,61 60,34 91,93 4,77 18,57 29,64


8,33 46,89 92,49 28,37 33,89 39,42 15,75 15,75 15,75

505,23(246,19)*1 (770,05)*1(539,12)*1

(98,53)*1


(297,60)*1(213,47)*1







Deutschspr. Raum - Volumen - Reihenh RH


Rau

mvo

lum

en je

Woh

nein

heit

[m3 ]

max

min

median269,4

158,9

53,9 34,4

91,9

29,6 39,4

92,5 97,2

62,5

19,4 14,0 11,6 8,3 4,8

28,4

35,227,2

60,3

18,633,9 46,9

175,9

107,2

0 0

Deutschspr. Raum - Fläche - Reihenh RH

ar wo ru ko sa er zw ge auv so

Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

88,7

59,5

13,1

38,0

11,1

29,9 39,5

42,3

23,1

8,5 5,8 4,4 2,1 9,3

3,1

17,7

61,3

42,3

12,3 22,719,6

18,7

0 0

10,46,5



CLXV I

GWB Geschosswohnungsbau



4770,0 1042,5

24,75 2,10 4,25 3,0 9,0

0,390,25 0,892,270,60 5,14

23,09,0 101,0



611,3 25670,4

2654,5446,0 11574,0 22208,04200,0 76230,0

3816,0489,1 20536,4 614,0214,0 3666,0 182,0 5621,0



91,80 66,70 48,00 30,70K




50,11 253,65 11,17 38,17 80,90 6,70 29,73 82,90 0 0 0


2,23 7,36 14,62 3,93 6,84 12,75 1,80 6,36 15,80 1,48 5,02 13,78


0,90 2,62 4,40 3,72 12,25 27,65 1,50 9,47 23,38






21,90 25,15 28,50

60,88 67,96 73,16

min median max




135,86 787,06 30,15 102,30 328,89 17,89 75,02 221,34 0 0 0


6,03 18,94 36,55 9,77 17,73 37,04 4,82 15,08 37,76 3,70 12,22 40,00


2,63 6,47 12,32 4,19 34,97 131,60 1,50 9,47 23,38

350,70(140,05)*1 (918,66)*1(385,67)*1

(53,83)*1


(281,30)*1(145,75)*1










4770,0 1042,5

24,75 2,10 4,25 3,0 9,0

0,390,25 0,892,270,60 5,14

23,09,0 101,0



611,3 25670,4

2654,5446,0 11574,0 22208,04200,0 76230,0

3816,0489,1 20536,4 614,0214,0 3666,0 182,0 5621,0



91,80 66,70 48,00 30,70K




50,11 253,65 11,17 38,17 80,90 6,70 29,73 82,90 0 0 0


2,23 7,36 14,62 3,93 6,84 12,75 1,80 6,36 15,80 1,48 5,02 13,78


0,90 2,62 4,40 3,72 12,25 27,65 1,50 9,47 23,38






21,90 25,15 28,50

60,88 67,96 73,16

min median max




135,86 787,06 30,15 102,30 328,89 17,89 75,02 221,34 0 0 0


6,03 18,94 36,55 9,77 17,73 37,04 4,82 15,08 37,76 3,70 12,22 40,00


2,63 6,47 12,32 4,19 34,97 131,60 1,50 9,47 23,38

350,70(140,05)*1 (918,66)*1(385,67)*1

(53,83)*1


(281,30)*1(145,75)*1







11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

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12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

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6% ko5%

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7%

au7%

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ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

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10%

9%

so

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24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

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10%

26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

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10%

so

so

5%

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6%

ko7%

6% ko5%

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3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

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9%

so

au

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24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

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26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

Abb. 119: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Geschosswohnungsbau (GWB). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohn-fläche des Gebäudetyps Geschosswohnungsbau im mit-teleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

(1) R-N-Diagramm

Der Geschosswohnungsbau (GWB) umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher morphologischer Ge-bäudetypen, angefangen von Zeilenbebauungen niedriger bis hoher Geschossigkeit über hofför-mige Baustrukturen bis hin zu größeren punkt-förmigen Gebäuden mit dem als Sonderform separat betrachteten Gebäudetyp des Punkt-hochhauses (vgl. Dettmar, Drebes, Sieber et al. (2019), Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018)). Die hohe Bebauungsdichte im Geschosswoh-nungsbau führt dazu, dass der Freiflächenanteil vergleichsweise gering ausfällt und teilweise durch applizierte und ins Gebäudevolumen inte-grierte Außenbereiche ersetzt wird.

Die durchgängig konstant niedrigen Werte für be-anspruchte Flächen und Raumvolumen in den Be-reichen Kochen bis zu sonstigen Nutzungen (Abb. 119 2, 3) lassen die kompakte Bauform dieses Ge-bäudetyps erahnen, die sich letztlich auch durch die relativ homogenen Raumhöhen innerhalb

der Wohneinheit im R-N-Diagramm widerspie-gelt. Eine Wohneinheit beansprucht demnach im Durchschnitt ein anteiliges Raumvolumen von 351 Kubikmetern und 134 Quadratmetern Wohnfläche.

Der Varianz der Gebäudemorphologie führt auch dazu, dass der Geschosswohnungsbau von Ein-Zimmer-Apartments bis zu Wohnungsgrößen für unterschiedliche Konstellationen an Wohngemein-schaften verschiedene Formen und Größen an Haushalten aufnehmen kann. Der Medianwert zum Geschosswohnen stellt daher mit 134 Quadratme-tern und 351 Kubikmetern für einen Singlehaushalt einen überproportional hohen Anspruch an Wohn-raum und Fläche dar. In einem Haushalt ab drei Personen liegt der Wohnflächenbedarf pro Person mit 45 Quadratmetern jedoch bereits unter dem bundesweiten Durchschnitt. Die große Varianz der Wohnungsgrößen zeigt sich an der, vergleichswei-se großen Spreizung zwischen Minimal- und Ma-ximalwerten für die Bereiche Wohnen und Ruhe.

I CLXVI




4770,0 1042,5

24,75 2,10 4,25 3,0 9,0

0,390,25 0,892,270,60 5,14

23,09,0 101,0



611,3 25670,4

2654,5446,0 11574,0 22208,04200,0 76230,0

3816,0489,1 20536,4 614,0214,0 3666,0 182,0 5621,0



91,80 66,70 48,00 30,70K




50,11 253,65 11,17 38,17 80,90 6,70 29,73 82,90 0 0 0


2,23 7,36 14,62 3,93 6,84 12,75 1,80 6,36 15,80 1,48 5,02 13,78


0,90 2,62 4,40 3,72 12,25 27,65 1,50 9,47 23,38






21,90 25,15 28,50

60,88 67,96 73,16

min median max




135,86 787,06 30,15 102,30 328,89 17,89 75,02 221,34 0 0 0


6,03 18,94 36,55 9,77 17,73 37,04 4,82 15,08 37,76 3,70 12,22 40,00


2,63 6,47 12,32 4,19 34,97 131,60 1,50 9,47 23,38

350,70(140,05)*1 (918,66)*1(385,67)*1

(53,83)*1


(281,30)*1(145,75)*1







Deutschspr. Raum - Volumen - Geschos GWB


Rau

mvo

lum

en je

Woh

nein

heit

[m3 ]

max

min

median328,9

221,3

36,6 37,0

17,9 30,2

37,8 40,0

73,2

131,6

12,3 6,0 9,8 4,8 3,7 4,2 2,6

60,9 6,50

102,375,0

18,9 17,735,0

68,0

12,215,1

Deutschspr. Raum - Fläche - Geschos GWB


Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

14,6 12,8 15,8 13,8

80,9 82,9

11,2 6,7 2,2 3,9 1,8 1,5

21,9

27,7 28,5

4,4 3,7 0,9

38,229,7

12,3

25,27,4

2,66,8 6,4 5,0

0



CLXVII I

HH Hochhaus


ø Gebäudehöhe [m] ø Geschosshöhe [m] ø Geschossanzahl [-] ø Anz. Wohneinheiten [-]min median max min median max min median max min median max

28,00 44,98 2,78 17,0

9836,6 622,9

101,69 2,38 3,30 7,0 35,0 151,098,0 204,0

BGF [qm] NRF [qm] KGF [qm] GR [qm]min median max min median max min median max min median max


7641,8 23200,0

4797,54100,0 5495,0 3,312,40 4,22 0,140,13 0,14

449,5 720,0

55392,041184,0 69600,0




91,80 66,70 48,00 30,70K




67,61 150,00 30,03 34,78 46,56 13,97 27,45 40,83 0 0 0


6,17 8,18 11,64 6,00 8,27 12,03 5,70 9,34 15,23 2,60 5,85 13,20


3,15 6,69 10,50 4,00 11,39 18,63 0 0 0






0 0 0

0 0 0

min median max




193,95 407,64 84,84 101,39 137,35 39,81 76,10 102,08 0 0 0


21,06 26,66 34,34 17,10 22,57 30,08 15,68 25,52 38,08 6,50 16,08 36,30


8,98 18,19 29,40 10,08 31,30 52,03 0 0 0

317,81(204,03)*1 (459,67)*1(349,11)*1

(71,61)*1


(168,63)*1(123,33)*1




HH Hochhaus



28,00 44,98 2,78 17,0

9836,6 622,9

101,69 2,38 3,30 7,0 35,0 151,098,0 204,0



7641,8 23200,0

4797,54100,0 5495,0 3,312,40 4,22 0,140,13 0,14

449,5 720,0

55392,041184,0 69600,0




91,80 66,70 48,00 30,70K




67,61 150,00 30,03 34,78 46,56 13,97 27,45 40,83 0 0 0


6,17 8,18 11,64 6,00 8,27 12,03 5,70 9,34 15,23 2,60 5,85 13,20


3,15 6,69 10,50 4,00 11,39 18,63 0 0 0






0 0 0

0 0 0

min median max




193,95 407,64 84,84 101,39 137,35 39,81 76,10 102,08 0 0 0


21,06 26,66 34,34 17,10 22,57 30,08 15,68 25,52 38,08 6,50 16,08 36,30


8,98 18,19 29,40 10,08 31,30 52,03 0 0 0

317,81(204,03)*1 (459,67)*1(349,11)*1

(71,61)*1


(168,63)*1(123,33)*1




11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

ko7%

6% ko5%

5%

au10%

7%

au7%

5%

3

ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

wo ge19%4%

10%

9%

so

au

5%k o

ers a

24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

sakoer so

au10%

10%

26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

11,55511,555

14,12514,125

15,46515,465

10,5810,58

max2,66

max2,73

max2,91

max4,36

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]

Fläche [m2]

Höhe [m]







sanitär (sa)V=22,6 A=8,3 h=2,74

kochen (ko)V=26,7 A=8,2 h=2,91




wohnen (wo)V=101,4 A=34,8 h=2,91




wohnen (wo)V=102,3 A=38,2 h=2,59



sanitär (sa)V=17,7 A=6,8 h=2,59

kochen (ko)V=18,9 A=7,4 h=2,59



sa




wohnen (wo)V=175,9 A=61,3 h=2,66






wohnen (wo)V=160,3 A=59,7 h=2,82


sanitär (sa)V=27,2 A=10,4 h=2,59

kochen (ko)V=35,2 A=12,3 h=2,66

35%wo

23%

25%

wo

21%

32%22%

ru

20%

22%

ru

er

12% er 8%

9%

10%

so

so

5%

5% sa5%

6%

ko7%

6% ko5%

5%

au10%

7%

au7%

5%

3

ZW3%

3%

ZW5%

2%21%

ru

29%

2%22%

29%

wo ge19%4%

10%

9%

so

au

5%k o

ers a

24%ru

32%

25%31%

wo 8%6%7%

sakoer so

au10%

10%

26%

8%3%

18%

ge

8%

8%6%7%7%

5%5%

19%5%5%

6%



sanitär (sa)V=37,9 A=14,2 h=2,64






4%

6%ZW6%

12%

4%ZW3%

6%6%

4%

(1) R-N-Diagramm

Das Hochhaus (HH) findet in der jüngsten Vergan-genheit mit der Verknappung von Bauland und Wohnraum in Innenstädten wieder wachsenden Zuspruch. Neben reinen Wohnhochhäusern wird das Wohnen im Hochhaus als Hybrid-Hochhaus mittlerweile oftmals kombiniert mit gewerb-lichen Nutzungen in den unteren Geschossen des Gebäudes. Die vorliegenden Kennwerte konzentrieren sich auf die Wohnnutzung dieses Gebäudetyps. Im Hinblick auf bauwerksbezo-gene Kennwerte, wie die Geschossigkeiten oder die Gebäudehöhe findet hingegen das Gebäude als Ganzes Berücksichtigung.

Die Kennwerte zeigen, dass es für diesen Gebäu-detyp bezeichnend ist, dass neben einem durch-schnittlichen Raumvolumen je Wohneinheit von vergleichsweise geringen 318 Kubikmetern und 112 Quadratmetern Wohnfläche die durchschnitt-liche Raumhöhe mit 2,91 Metern im Lichten ver-gleichsweise hoch ausfällt. Die Hauptnutzungs-

bereiche des Rückzug- oder Schlafbereichs und insbesondere die Bereiche für Wohnen inklusive vorhandener Kochbereiche sind tendenziell über-höht und bieten gegenüber den weiteren Nut-zungsbereichen eine höhere lichte Raumhöhe. Die Höhenstaffelung innerhalb der Wohneinheit, die sich gleichzeitig auch in der Flächenausdehnung im Grundriss widerspiegelt bewirkt eine Differen-zierung der Raumeigenschaften in Abhängigkeit zur Nutzung.

Wenn man hinsichtlich der typischen Lage dieses Gebäudetyps innerhalb der Stadt davon ausgeht, dass die Wohnungen prinzipiell eher von Berufstä-tigen als Alleinstehende, Paar oder Paar mit Kind bewohnt werden, variiert der durchschnittliche Wohnflächenbedarf je Wohneinheit pro Person zwischen 112 bis 37 Quadratmetern. Ein Ein-Per-sonen-Haushalt beansprucht dabei ein Raumvolu-men von 318 Kubikmetern und ein Elternpaar mit Kind pro Person 106 Kubikmeter Raumvolumen.

Abb. 120: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Hochhaus (HH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnflä-che des Gebäudetyps Wohnhochhaus im mitteleuropä-ischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert.

I CLXVIII

HH Hochhaus



28,00 44,98 2,78 17,0

9836,6 622,9

101,69 2,38 3,30 7,0 35,0 151,098,0 204,0



7641,8 23200,0

4797,54100,0 5495,0 3,312,40 4,22 0,140,13 0,14

449,5 720,0

55392,041184,0 69600,0




91,80 66,70 48,00 30,70K




67,61 150,00 30,03 34,78 46,56 13,97 27,45 40,83 0 0 0


6,17 8,18 11,64 6,00 8,27 12,03 5,70 9,34 15,23 2,60 5,85 13,20


3,15 6,69 10,50 4,00 11,39 18,63 0 0 0






0 0 0

0 0 0

min median max




193,95 407,64 84,84 101,39 137,35 39,81 76,10 102,08 0 0 0


21,06 26,66 34,34 17,10 22,57 30,08 15,68 25,52 38,08 6,50 16,08 36,30


8,98 18,19 29,40 10,08 31,30 52,03 0 0 0

317,81(204,03)*1 (459,67)*1(349,11)*1

(71,61)*1


(168,63)*1(123,33)*1




Deutschspr. Raum - Volumen - Hochhaus HH


max

min

median

34,3 30,1

38,1 36,3

52,0

29,4

21,1 17,1 15,7 6,5 10,1 9,0 R

aum

volu

men

je W

ohne

inhe

it [m

3 ]

137,4

84,8

102,1

39,8

101,4

0 0

25,5

16,1

31,3 18,222,626,7

76,1

Deutschspr. Raum - Fläche - Hochhaus HH


Fläc

he je

Woh

nein

heit

[m2 ]

11,6 12,015,2

13,2

18,6

10,5

6,2 6,0 5,7 2,6 4,0 3,2

46,6

30,0

40,8

14,0

34,8

0 0

27,5

11,48,2 8,39,3

5,9

6,7



CLXIX I

Anl-3 Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen

Die eingangs der Arbeit formulierte Forschungsfrage bedingt, sich im Einzelnen mit den Bedürfnissen und Verhaltensweisen unterschiedlicher Nutzergruppen im Wohnungsbau auseinanderzusetzen, um das Nutzer-verhalten in den Analysen zur Betrachtung unterschiedlicher Interaktions-strategien realitätsnah berücksichtigen zu können.

Dabei wurde bewusst nicht auf die in der Literatur zu findenden Stan-dardlastprofile, wie sie beispielsweise vom Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (vgl. Meier, Fünfgeld, Adam et al. (1999)) angeboten werden zurückgegriffen, da diese Profile nicht die für die betrachtete For-schungsfrage benötigte Detailtiefe in Bezug auf die Individualisierung bie-ten. Die dokumentierten und im Rahmen der Projektstudie angewende-ten Anwesenheits- und Nutzungsprofile differenzieren dementsprechend die Verhaltensweisen der unterschiedlicher Nutzergruppen einerseits und weisen zudem eine relativ kurzzeitige Taktung des Nutzerprofils auf, um Tätigkeiten, wie beispielsweise das morgendliche Zubereiten des Früh-stücks oder die Verwendung von Multimedia-Ausstattungen realitätsnah abbilden zu können. Es wurden daher im Zuge der Projektbearbeitung unter Einbindung studentischer Forschungsleistungen am Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen der TU Darmstadt eigene synthe-tische Profile für unterschiedliche Bewohnergruppen entwickelt, die vom Ein-Personen-Haushalt bis zum Mehr-Personen-Haushalt typische Eigen-schaften hinsichtlich der Nutzung von Ausstattungen und Energie sowie daraus resultierenden Abhängigkeiten des Raumkomforts abbilden.

Neben allgemeinen Anwesenheitsprofilen zeigen die nachfolgenden Nutzergruppen-spezifischen Steckbriefe, abhängig von der verwendeten Interaktionsstrategie, typische Nutzungszeiten von elektroenergetisch re-levanten Ausstattungen sowie Wärmeenergiebedarfe und Raumkomfort-bedingungen. Die Szenarien im unsanierten, sanierten und saniert solar-optimierten Bestand orientieren sich dabei unmittelbar an den definierten Szenarios im Rahmen der Projektstudie und beruhen ebenfalls auf dem dort exemplarisch angewendeten Geschosswohnungsbau.

Die resultierenden Ergebnisse der Interaktionsszenarios werden entspre-chend der Projektstudie jeweils mit den Ergebnissen der zugehörigen Referenzvariante als Ausgangsszenarios ohne Interaktion verglichen. Bei-spielsweise werden die abgebildeten Diagramme und tabellarischen Zah-lenwerte der Interaktionsszenarios der Nutzergruppe des Single Vollver-dieners in den Abbildungen, Abb. 124 (2), Abb. 128 (2) und Abb. 132 (2) im Verhältnis zu den entsprechenden Referenzvarianten des Bestands (Abb. 128 (1), Abb. 132 (1)) betrachtet. Die Interaktionsszenarios des sanierten, solar-optimierten und sanierten Bestands beziehen sich demnach jeweils auf die Ausgangslage des sanierten Bestands, wohingegen das Interak-tionsszenario des unsanierten Bestands sich entsprechend auf die unsa-nierte Ausgangslage bezieht.

Je Nutzergruppe ergibt sich darauf aufbauend ein, in zwei Teilbereiche gegliederter, Steckbrief, der im ersten Abschnitt die allgemeine Anwesen-heit der Nutzergruppe und den zu erwartenden Betrieb elektroenergetisch relevanter Ausstattungen dokumentiert. Der zweite Abschnitt konzentriert sich hingegen auf die thermisch-energetischen Zusammenhänge der Wohnräume im Kontext der vorliegenden Nutzung und gewählten Gebäu-deinteraktionen.

I CLXX

Zur Entwicklung der projekteigenen Lastprofile wurde die vom Statisti-schen Bundesamt 2015 verfasste Studie zu Zeitaufwendungen für Tätig-keiten im Tagesverlauf von Personengruppen in Wohngebäuden zugrun-de gelegt. Die Studie benennt verschiedene, typische Tätigkeiten des Alltags, die differenziert nach ausgewählten Personengruppen die jewei-lige zeitliche Länge einer Tätigkeit beschreiben (Statistisches Bundes-amt (Hrsg.) (2015)). In studentischen Forschungsarbeiten wurden darauf aufbauend Typtagprofile für einen gängigen Werk- und Wochenendtag entwickelt. Anhand der Überlegung zu typischen Verhaltensweisen un-terschiedlicher Nutzergruppen im Laufe eines Tages sind Anwesenheits-zeiten je Typtag definiert worden. Die aus den verschiedenen Nutzungs-weisen von Wohnräumen resultierende Dynamik in der energetischen Betrachtung von Gebäuden ermöglichte entsprechende Handlungsspiel-räume, um in den Szenarien der Projektstudie Interaktionsstrategien in Bezug zum Raumkomfort zu überprüfen. Andererseits konnten durch die Einbindung expliziter Tätigkeiten je Bewohner auf Grundlage der Daten der Zeitverwendungsstudie, die im Zuge der studentischen Forschungs-arbeiten in Benutzungszeiten energetisch relevanter Ausstattungen über-setzt wurden, aus der aktiven Verwendung von technischen Objekten resultierende Lastspitzen je Nutzergruppe abgeleitet werden. Die den resultierenden Nutzergruppen-spezifischen Bedarfen zugrunde gelegten Energieverbräuche und Leistungskennwerte der angenommenen tech-nischen Ausstattungen sind in den Anlagen Anl-4 und Anl-5 dokumentiert.

Die daraus entstandene Varianz an Bewohnergruppen bildet eine Auswahl an typischen Ein-, Zwei und Mehr-Personen-Haushalten im Wohnungs-bau ab. Die Haushalte gliedern sich wie folgt:

Ein-Personen-Haushalt:• Alleinstehende Berufstätige, Single-Vollverdienende (Abk.: SVV)

Zwei-Personen-Haushalt:• Berufstätiges Paar, „Double Income No Kids“ (Abk.: DINKS oder DKS)• Seniorenpaar, Rentnerpaar (Abk.: RPR)

Mehr-Personen-Haushalt:• Eltern mit Kind (Abk.: E1K)• Mehrgenerationenwohnen als Single-Vollverdiener und Seniorenpaar

(Abk.: RPRSVV)

Die nachfolgend dokumentierten Nutzergruppenprofile weisen mitunter stereotypische Eigenschaften einzelner Bewohnergruppen auf. Es wird daher nicht der Anspruch erhoben, die in der jeweiligen Haushaltsform ge-gebene Individualität abzubilden. Die dargestellten Eigenschaften dienen ferner dazu, gewisse differenzierte Eigenschaften abbilden zu können, um darauf aufbauend gemäß der untersuchten Forschungsfrage energetische Suffizienzpotenziale von Gebäudeinteraktionen untersuchen zu können.

CLXXI I

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

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30

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30

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3:00

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30

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2:00

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3:00

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30

00:2

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00:2

2:00

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30

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00

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30

00:2

4:00

[h]

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1:00

00

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3:00

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7:00

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00

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30

00:2

0:00

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00

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2:00

00

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30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

SVV - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

SVV - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

ekte

Rau

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Rau

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Wsm Elh

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Tst

Kfv M

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Smp

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Smp

Tbl MsaPtv

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PCm

Ladenp.

Gfs

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Sonstiges

Ladenprozesse

Wsk

SpmBgeSts

Kfv

Mkw

Elh

Kfv

Fön

Smp

Smp

Smp

Smp

Smp

Tbl

MsaPtv Brp

Fns PCmPCm

Single Vollverdiener (werktags)

Single Vollverdiener (samstags)

Einpersonen-HH-1- Tagesprofil (WT, WE) RaumnutzungPersonanzahlenergetisch relevantenergetisch irrelevant

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Single-VV werktags pro WE [W]

0

100

50

150

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0:00

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3:00

00

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30

00:2

4:00

[W]

SVV - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

[h]

Geräte Sanitär (zeitlich unabh.)Geräte Kochen (zeitlich unabh.)anteiliger Solarstrom

Geräte allg. (zeitlich unabh.)

Geräte allg. (zeitlich abh.)Grundlast

Sommer

Winter

Individuallast / Grundlast [%]

32/68Tageszeit unabhängige / abhängige Services [%]

0/100

8,9

8,2

118,

2 8,

2

154,

9 8,

2 14,2

14,9

8,

9

Single-VV werktags pro WE [W]

0

100

50

150

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00

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30

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00

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30

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00

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30

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00

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30

00:1

0:00

00

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30

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1:00

00

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30

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30

00:1

3:00

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00:1

7:00

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30

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30

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00

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30

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0:00

00

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30

00:2

1:00

00

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30

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2:00

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30

00:2

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00

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30

00:2

4:00

[W]

SVV - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

[h]




Sommer

Winter



0/100

8,9

8,2

118,

2 8,

2

154,

9 8,

2 14,2

14,9

8,

9

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

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00

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30

00:2

1:00

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2:00

00

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30

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00

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[h]

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0:00

00

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2:00

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00

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30

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30

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00

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00:1

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00

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30

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3:00

00

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30

00:2

4:00

[h]

RPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

RPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

ekte

Rau

m

Anw

esen

h.Pe

rson

Anw

esen

h.

RaumnutzungPersonanzahlenergetisch relevantenergetisch irrelevant

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Tst

Tst

StsKf

m

Mkw

Wsk

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Kfm

Fön

Smp

PCs Sm

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Tbl

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Msa

Msa Msa

Msa FnsPtv

Ladenp.

Ladenp.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Elh BgeSpm

Spm

Mkw

Wsk

Smp

Smp

Smp

FntFns Fns

Smp

PtvPCm

Paar Rentner (werktags)

Paar Rentner (samstags)

Zweipersonen-HH-2- Tagesprofil (WT, WE)

ElhWsm

1.5 Ein-Personen Haushalte

1.5.1. Alleinstehende Berufstätige, Single-Vollverdienende (SVV)Anwesenheit und Nutzung elektroenergetisch relevanter Ausstattungen

Die Bewohnergruppe alleinstehender Berufstätiger zeigt, ohne potenzielle Home-Office-Arbeitsmöglichkeiten zu berücksichtigen, ein sehr charakteris-tisches Anwesenheitsprofil während der Werktage, wohingegen die Raum-nutzung der Wohneinheit des Single-Vollverdienenden an Tagen des Wo-chenendes deutlich mehr variieren kann. Werktags sind die Wohnungen im Tagesverlauf häufig gänzlich unbenutzt und werden erst in den Abendstunden bis zum darauffolgenden Vormittag durch dessen Bewohner aktiv genutzt. An Wochenenden hingegen wird davon ausgegangenen, dass der SVV die freie Zeit nutzt und vergleichsweise viel Zeit in der Wohnung verbringt.

Während der Stromverbrauch des Single-Haushalts an Werktagen mit 68 % im Wesentlichen geprägt ist von den energetischen Bedarfen und abhän-gig von der Grundlast, kehrt sich das Verhältnis zwischen Individuallast und Grundlast zum Wochenende um, da an diesen Tagen die Bewohnergrup-pe die Zeit hat, sich um individuelle Belange des Haushalts zu kümmern.

Abb. 121: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesen-heit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebse-nergiebedarfen für Strom.

I CLXXII

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

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0:00

00

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30

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00

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00

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30

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8:00

00

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30

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9:00

00

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30

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0:00

00

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30

00:2

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30

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2:00

00

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30

00:2

3:00

00

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30

00:2

4:00

[h]

00:0

0:00

00

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30

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1:00

00

:01:

30

00:0

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00

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00

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00

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00

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30

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00

:08:

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00

:09:

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00:1

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30

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00

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30

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3:00

00

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30

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00

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30

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00:1

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00

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30

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0:00

00

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30

00:2

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30

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00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

SVV - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

SVV - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

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Rau

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Anw

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h.Pe

rson

Wsm Elh

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Tst

Kfv M

kwEl

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Smp

Smp

Smp

Smp

Smp

Smp

Tbl MsaPtv

Fns

PCm

Ladenp.

Gfs

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Sonstiges

Ladenprozesse

Wsk

SpmBgeSts

Kfv

Mkw

Elh

Kfv

Fön

Smp

Smp

Smp

Smp

Smp

Tbl

MsaPtv Brp

Fns PCmPCm

Single Vollverdiener (werktags)

Single Vollverdiener (samstags)

Einpersonen-HH-1- Tagesprofil (WT, WE) RaumnutzungPersonanzahlenergetisch relevantenergetisch irrelevant

13%

74%

13%

SVV Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

kühlen, gefrieren sanitär, reinigen kochen

information kommunikation entertainmentwaschen saugen

Grundlast

(Tageszeit abhängig) Individuallast

(Tageszeit unabhängig) Individuallast

13%

74%

13%

SVV Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]



Grundlast



Single-VV wochenends pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

:02:

30

00:0

3:00

00

:03:

30

00:0

4:00

00

:04:

30

00:0

5:00

00

:05:

30

00:0

6:00

00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

:10:

30

00:1

1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

00

:12:

30

00:1

3:00

00

:13:

30

00:1

4:00

00

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30

00:1

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00

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30

00:1

6:00

00

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30

00:1

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00

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30

00:1

8:00

00

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30

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00

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30

00:2

0:00

00

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30

00:2

1:00

00

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30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

SVV - Typtag Strombedarf an Wochenendtagen, kummuliert [W]

[h]




Sommer

Winter



22/78

8,2 9,7

119,

7 9,

7

286,

2 15

0,5

253,

5

252,

6

253,

2

8,2

126,

4 8,

2 11,2

20,1

70,0

20,7

53,5

41,1

8,2

145,

5

151,

6

117,

7

143,

9

Abb. 122: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt eines Single Vollverdieners.

Neben der vermehrten Nutzung von energieintensiven Küchengeräten wie Elektroherden fallen insbesondere der Betrieb weiterer Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen in der Strombilanz ins Gewicht. Des Weiteren nutzt der Single-Vollverdienende an Wochenenden intensiver informationstechnische Ausstattungen und multimediale Unterhaltungstechnologien. Mit einer Vertei-lung von rund 60 % zu 40 % sind die überwiegenden energetisch relevanten Gerätenutzungen über den Zeitraum einer Woche verteilt abhängig davon, ob der Bewohner anwesend ist. Während der Single-Vollverdienende dabei an Werktagen, wie Abb. 121 zeigt, im Wesentlichen lediglich einen Raum benutzt, werden an Wochenenden insbesondere in den Nachmittagsstunden öfters zwei Räume der Wohneinheit gleichzeitig verwendet.

Abb. 123: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesen-heit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebse-nergiebedarfen für Strom.

CLXXIII I


occupancy hours room [h]wo-ko wo-es sc sa

756 1851 2711 496I (best) 320 (355) 870 (936) 1173 (1199) 141 (157)II (good) 127 (357) 634 (867) 167 (336) 109 (311)III (acceptable) 246 (44) 311 (49) 1352 (1176) 166 (28)IV (unacceptable) 63 (0) 36 (0) 19 (0) 80 (0)


Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE IBSopt BST Interaktion

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Abb. 124: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt. Die Entwick-lung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1).

Abb. 125: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berück-sichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raum-nutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C).

SVV – Nutzergruppen-spezifische Bedarfe für Wärmeenergie und resultierende Komfortbedingungen (exemplarische Untersuchung im Geschosswohnungsbau)

Interaktion im sanierten BestandDie prozentualen Vergleiche der Wärmebedarfe zeigen, dass der Wärme-bedarf bei gleicher Nutzung und der Anwendung dokumentierter Interak-tionsformen im sanierten Bestand um bis zu 31 % gesenkt werden kann. In beiden Interaktionsszenarien ist jedoch deutlich zu erkennen, dass die Reduktion des jährlichen Wärmebedarfs des Haushalts verbunden ist mit der Zunahme an Stunden mit laut DIN-Norm inakzeptablem Raumkomfort. In der Betrachtung der Diagramme zum thermischen Komfort weisen bei-de Interaktionsszenarios in den Winter- und teilweise den Übergangsmo-naten Temperaturausschläge der operativen Raumtemperaturen auf, die unterhalb der definierten Sollwertgrenzen liegen. Dementsprechend zeigt sich in der Interaktionsform des Heat Control ein deutlich differenziertes Heizverhalten gegenüber dem Ausgangsszenario. Die beiden Szenarien zugrunde gelegte, raumweise Präsenzkontrolle, die mit Verlassen des Raums durch den Bewohner das Heizsystem deaktiviert, führt dazu, dass sich Bereiche der Wohnung, die während des Tages wenig genutzt wer-den, merklich abkühlen. Die in den Wintermonaten zu erkennende, stetig variierende Heizleistung mit teilweise hundertprozentiger Auslastung des angesetzten Heizsystems verdeutlich die hohe Koordinationsaufgabe, die durch die angesetzte Präsenzabhängigkeit im Raum für das Gebäude be-steht, um bestmöglich die geforderten Raumkonditionen bereitstellen zu können. Das deutlich differenzierte Lüftungsverhalten des Gebäudes in den Szenarien mit Interaktion und die Trägheit thermischer Systeme führt

Sanierter, solar-optimierter Bestand (mit Interaktion)

I CLXXIV

Abb. 126: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraum-beleuchtung und der abhängigen Rahmenbedin-gungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit.

Abb. 127: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe.

jedoch zu den raumübergreifend erhöhten Stunden inakzeptablen Raum-komforts. Die Beschreibung der Kategorie IV mit inakzeptablen Raumkon-ditionen sollte gemäß DIN-EN 15251 „[...] nur für einen begrenzten Teil des Jahres angewendet werden.“ In Abwägung der Phasen mit inakzeptablem Raumkomfort und der energetischen Einsparung auf Grund der gewählten Interaktion andererseits ist projektspezifisch zu überlegen, ob dieser zeit-lich begrenzte Diskomfort angemessen wäre. Andererseits belegt die Anpas-sung der Interaktionsstrategie durch eine wohnungsweite Präsenzkontrolle, die lediglich, wenn der Bewohner die Wohnung verlassen hat, das Heizsystem herunterregelt, dass dadurch bereits annähernd gleiche Raumkonditionen wie in der Ausgangslage erreicht werden können, bei gleichzeitiger Reduktion des Wärmeenergiebedarfs um 16 % (vgl. Abb. 128 (2)).

Interaktion im unsanierten BestandIm Interaktionszenario des unsanierten Bestands bilden sich die spezi-fischen thermischen Abhängigkeiten auf Grund der Nutzungsweise von Wohnräumen durch den betrachteten Ein-Personen-Haushalt noch ein-mal deutlicher ab (vgl. Abb. 132 (2)). Während die Ausgangslage ohne Interaktion eine moderate Anzahl an Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort aufzeigt, kann im Szenario des interagierenden Gebäudes der Wärmeenergiebedarf zwar annähernd halbiert werden, gleichzeitig steigen jedoch die Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort un-verhältnismäßig an. Auch hier zeigt sich, dass durch eine wohnungsweite Präsenzkontrolle die Werte sich wieder deutlich verbessern lassen, auch wenn der Wärmebedarf dadurch lediglich um 4 % gegenüber der Refe-renzvariante gesenkt werden kann.

CLXXV I



756 1852 2711 496I (best) 239 649 889 169II (good) 182 332 288 79III (acceptable) 335 871 1534 248IV (unacceptable) 0 0 0 0




Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan, IBS

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan


Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(2)

(1)

Sanierter Bestand (mit Interaktion)

Sanierter Bestand (Ausgangslage)

Abb. 128: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt im sanierten Be-stand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Be-stand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1).


I CLXXVI



CLXXVII I







Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTuns, IBS

WE BSTuns

Bestand unsaniert


Bestand saniert




Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(1)

(2)

Unsanierter Bestand (mit Interaktion)

Unsanierter Bestand (Ausgangslage)

Abb. 132: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1).


I CLXXVIII



CLXXIX I

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

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30

00:0

3:00

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30

00:0

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30

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7:00

00

:07:

30

00:0

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00

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00

:09:

30

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30

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1:00

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30

00:1

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8:00

00

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30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

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30

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3:00

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4:00

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5:00

00

:05:

30

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00

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30

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7:00

00

:07:

30

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8:00

00

:08:

30

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9:00

00

:09:

30

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30

00:1

1:00

00

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30

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2:00

00

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30

00:1

3:00

00

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30

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4:00

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30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

:18:

30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

DKS - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

DKS - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

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sobj

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Rau

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h.Pe

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Kls

Sonstiges

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Smp

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Smp Sm

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TblMsa Msa FnsPCm

Ladenp.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Kfv

Elh Spm

Mkw

Sts

Fön

Tbl

Smp

Smp

Smp

Smp

SmpSmp

Smp

Tbl

Msa

Msa

FnsPtv

PCm

Paar Dinks (werktags)

Paar Dinks (samstags)


SpmWsm

Ptv


Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Dinks werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

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1:00

00

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00:0

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30

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3:00

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30

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5:00

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:05:

30

00:0

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00

:06:

30

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7:00

00

:07:

30

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8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

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30

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1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

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:12:

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00:1

3:00

00

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30

00:1

4:00

00

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30

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5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

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30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

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30

00:2

1:00

00

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30

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30

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3:00

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30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter



14/86

9,3

79,2

8,2

8,2

8,2

148,

0 31

,0

30,3

9,

3

229,

5

269,

7 270,

2

199,

9 19

8,8 19

8,8

116,

0

DKS - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

Dinks werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

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30

00:0

3:00

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00

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00

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7:00

00

:07:

30

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00

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0:00

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30

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1:00

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2:00

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3:00

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3:00

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30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter



14/86

9,3

79,2

8,2

8,2

8,2

148,

0 31

,0

30,3

9,

3

229,

5

269,

7 270,

2

199,

9 19

8,8 19

8,8

116,

0

DKS - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

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[h]

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6:00

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7:00

00

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00

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[h]


1

2

1

2

1

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Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien


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Sonstiges

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Sonstiges

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Smp

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ElhWsm

1.6 Zwei-Personen Haushalte

1.6.1. Paar als Double Income No Kids (DINKS, DKS)Anwesenheit und Nutzung elektroenergetisch relevanter Ausstattungen

Bei dem berücksichtigten Zwei-Personen-Haushalt des berufstätigen Paars ist, ohne die Option des Arbeitens im Home-Office berücksichti-gt zu haben, ist das Paar tagsüber charakteristischerweise während der Werktage berufsbedingt nicht in der Wohnung. An Wochenenden wird diese durch beide Personen jedoch relativ ergiebig ausgenutzt.

Am Vormittag und in Abendstunden nutzt die betrachtete Bewohnergrup-pe auch an Werktagen die Wohnräume und deren Ausstattungen. Dabei hält sich an Werktagen die Verteilung der Individuallast und Grundlast in Bezug auf elektrische Energie annähernd die Waage. Am Wochenende hingegen dominieren die Stromverbräuche, die eine Anwesenheit der Bewohner voraussetzt. Während sich auf Grund der Anwesenheitszeiten der überwiegende Anteil energieintensiver Haushaltstätigkeiten auf das


I CLXXX

1

2

3

1

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1 1

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Grundlast

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Medien

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30

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00

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30

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00

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30

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1:00

00

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30

00:2

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00

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30

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3:00

00

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30

00:2

4:00

[h]

00:0

0:00

00

:00:

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1:00

00

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30

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30

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00

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00

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30

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00

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00

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30

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0:00

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30

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1:00

00

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30

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3:00

00

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30

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30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

:18:

30

00:1

9:00

00

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30

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0:00

00

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30

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00

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30

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00

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30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

DKS - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

DKS - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

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nzah

l akt

iver

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sobj

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Rau

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h.Pe

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Tbl

Wsm

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Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Tst

Kfv

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Fön

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Smp

Smp

Smp Sm

p Smp

TblMsa Msa FnsPCm

Ladenp.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Kfv

Elh Spm

Mkw

Sts

Fön

Tbl

Smp

Smp

Smp

Smp

SmpSmp

Smp

Tbl

Msa

Msa

FnsPtv

PCm

Paar Dinks (werktags)

Paar Dinks (samstags)


SpmWsm

Ptv


DKS Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

16%

67%

16%



Grundlast



DKS Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

16%

67%

16%



Grundlast



Dinks wochenends pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

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30

00:0

2:00

00

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30

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3:00

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30

00:0

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00

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00

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30

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00

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30

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00

:07:

30

00:0

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00

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00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

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30

00:1

1:00

00

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30

00:1

2:00

00

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30

00:1

3:00

00

:13:

30

00:1

4:00

00

:14:

30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

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30

00:1

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00

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30

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00

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30

00:1

9:00

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0:00

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30

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00

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30

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3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

DKS - Typtag Strombedarf an Wochenendtagen, kummuliert [W]

[h]




Sommer

Winter



23/77

9,8

133,

3

8,2

126,

0

8,2

79,2

8,2

17,2

8,

2

50,9

48,1

9,8

134,

9 76

3,2

488,

041

6,5

543,

254

1,6

Wochenende beschränkt, nutzt die Bewohnergruppe dennoch auch unter der Woche vereinzelt energieintensive Haushaltsgeräte wie Wasch- und Spülmaschinen. Im Gesamtdurchschnitt der Woche ergibt sich daher für die Gruppe der DINKS eine allgemeine Verteilung von anwesenheits-abhängigen Strombedarfen zu sonstigen von annäherungsweise fünfzig Prozent.

Abb. 137: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt Double Income No Kids.


CLXXXI I





Bestand unsaniert


Bestand saniert




Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Abb. 139: DINKS (DKS) Haushalt. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1).


DKS – Nutzergruppen-spezifische Bedarfe für Wärmeenergie und resultierende Komfortbedingungen (exemplarische Untersuchung im Geschosswohnungsbau)

Interaktion im sanierten BestandDie Ergebnisse der Interaktionsszenarios im sanierten Bestand verdeut-lichen die in der Arbeit thematisierten Potenziale, die in der Integration einer einfachen Gebäudeintelligenz gesehen werden. Während in der so-lar-optimierten, sanierten Variante die Anzahl der Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort noch deutlicher von dem Ausgangsszena-rio abweichen, zeigt der Vergleich der baustrukturell gleichen Szenarien, dass durch die Integration zusätzlicher Interaktionsfähigkeiten des Ge-bäudes nur geringfügige Erhöhungen der Nutzungsstunden mit inakzep-tablem Diskomfort resultieren. Gleichzeitig jedoch bewirkt die Möglichkeit der Einflussnahme des Gebäudes in beiden sanierten Interaktionsvarian-ten, dass der Wärmebedarf bei gleichbleibender Nutzungsweise um 33 bis 39 % gesenkt werden kann. Durch die aktive Einflussnahme des Ge-bäudes auf den Raumkomfort auch während der Nachtstunden, in denen die Bewohner zwar anwesend sind, aber nicht aktiv die Raumkondition beeinflussen, ergeben sich in diesem Zusammenhang für die Schlafbereiche sogar verbesserte Werte der Komfortnutzungsstunden im Vergleich zur Refe-renzvariante ohne Gebäudeinteraktion (vgl. Abb. 139 und Abb. 143 (2)).

Durch die aktive Regelung der Raumluft in Kombination der Air-Control- und der Presence-Control-Interaktionen in den einzelnen Räumen erzielt die Gebäuderegelung über das Jahr hin betrachtet durch stetiges Anpas-sen des Lüftungsverhaltens eine durchschnittlich verbesserte Raumluft-qualität, wie es der direkte Vergleich des olfaktorischen Komforts zwischen den Interaktionsvarianten und der Referenzvariante zeigen. Während in


I CLXXXII



den Szenarien mit Interaktion die Öffnungsflügel der Fenster abhängig vom gegebenen Raumkomfort mit prozentual variierenden Öffnungswei-ten geöffnet werden, wird bei der manuellen Fensterlüftung das Fenster zum Lüften durch die Bewohner jeweils vollständig geöffnet. Dabei kon-trolliert die berücksichtigte Gebäudeintelligenz gleichzeitig die Entwick-lung der Raumtemperatur, weshalb die, sich aus der jeweiligen Trendlinie ergebende maximale Heizleistung in den sanierten Szenarios mit Interak-tion ganzjährig nicht über 400 Watt steigt. Wie die prozentuale Verteilung der Heizleistungen in Abb. 144 zeigt, passt die Gebäuderegelung während der Heizperiode den Außenraumbedingungen folgend die Heizleistung an. Die Ausgangssituation hingegen zeigt mit einer Heizleistung im Trend von bis zu 600 Watt ein durchgängig gleiches Heizverhalten.

Interaktion im unsanierten BestandIm Szenario des unsanierten Bestands erzielt das interaktionsfähige Ge-bäude eine Reduktion des Jahreswärmebedarfs um 43 Prozent, jedoch unter enormem Zuwachs der Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raum-komfort. Bemerkenswert ist in dem unsanierten Szenario auch, dass bei einer wohnungsweiten Anwendung der Presence und Heat Control trotz deutlich erhöhtem Diskomfort, die Nutzung der Schlafräume tendenziell besser ausfällt als in dem Ausgangsszenario. Die vorab beschriebene, va-riierende Heizleistung führt jedoch im Vergleich dieses Szenarios dazu, dass durch die ständige Abwägung zwischen Raumtemperatur und Luft-qualität das interaktionsfähige Gebäude ständig die Heizleistung und die Lüftungsöffnung regelt. Durch die Trägheit der manuellen Bedienung des Heizsystems und der Lüftungsflügel ergibt sich zwar deutlich erkennbar eine verschlechterte olfaktorische Bedingung, gleichzeitig jedoch werden dadurch die Temperaturspreizungen der Innenräume im Winter relativ klein gehalten. Andererseits führt dieses Verhalten in den Sommermona-ten teilweise zu deutlich erkennbaren Übertemperaturen im Innenraum.

CLXXXIII I








Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(2)

(1)



Abb. 143: DINKS (DKS) Haushalt im sanierten Bestand. Entwicklung des Wär-mebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Be-stand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1).


I CLXXXIV



CLXXXV I








Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTuns, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

WE BSTuns

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(1)

(2)



Abb. 147: DINKS (DKS) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1).


I CLXXXVI



CLXXXVII I

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

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0:00

00

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30

00:0

1:00

00

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30

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30

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30

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00

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6:00

00

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30

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00

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30

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8:00

00

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00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

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1:00

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30

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00

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7:00

00

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30

00:1

8:00

00

:18:

30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

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30

00:0

3:00

00

:03:

30

00:0

4:00

00

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30

00:0

5:00

00

:05:

30

00:0

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00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

:10:

30

00:1

1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

00

:12:

30

00:1

3:00

00

:13:

30

00:1

4:00

00

:14:

30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

:18:

30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]


1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien


Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

ekte

Rau

m

Anw

esen

h.Pe

rson

Anw

esen

h.


Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Tst

Tst

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m

Mkw

Wsk

Fön

Kfm

Fön

Smp

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Fnt

Smp

Tbl

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Msa

Msa Msa

Msa FnsPtv

Ladenp.

Ladenp.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladenprozesse

Elh BgeSpm

Spm

Mkw

Wsk

Smp

Smp

Smp

FntFns Fns

Smp

PtvPCm




ElhWsm

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Rentnerp. werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

:02:

30

00:0

3:00

00

:03:

30

00:0

4:00

00

:04:

30

00:0

5:00

00

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30

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6:00

00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

:10:

30

00:1

1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

00

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30

00:1

3:00

00

:13:

30

00:1

4:00

00

:14:

30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

:18:

30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter

Tageszeit unabhängige / abhängige Services [%]

21/79


79/21228,

5

8,5

58,7

8,2

26,8

8,2

126,

4

8,2

79,2

8,2

115,

3

8,2

125,

2 37

,5

8,5

125,

2 12

4,9

124,

9

184,

9

RPR - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

Rentnerp. werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

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30

00:0

2:00

00

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30

00:0

3:00

00

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30

00:0

4:00

00

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30

00:0

5:00

00

:05:

30

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6:00

00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

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30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

:10:

30

00:1

1:00

00

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30

00:1

2:00

00

:12:

30

00:1

3:00

00

:13:

30

00:1

4:00

00

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30

00:1

5:00

00

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30

00:1

6:00

00

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30

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7:00

00

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30

00:1

8:00

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00:1

9:00

00

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30

00:2

0:00

00

:20:

30

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1:00

00

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30

00:2

2:00

00

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30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter


21/79


79/21228,

5

8,5

58,7

8,2

26,8

8,2

126,

4

8,2

79,2

8,2

115,

3

8,2

125,

2 37

,5

8,5

125,

2 12

4,9

124,

9

184,

9


1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

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30

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00

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Grundlast

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Msa Msa

Msa FnsPtv

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Spm

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Smp

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ElhWsm

1.6.2. Seniorenpaar (RPR)Anwesenheit und Nutzung elektroenergetisch relevanter Ausstattungen

Das Seniorenpaar nutzt die Wohnräume sowohl an Werktagen wie auch an Wochenenden annähernd konstant. Dabei ähneln sich die Tagesab-läufe der einzelnen Typtage.

Während das Profil mit 70 % durch einen hohen Anteil an Tageszeit-ab-hängigen Individuallasten auffällt, die potenziell die Anwendung der Cre-dit-Shift-Interaktion sinnvoll erscheinen lässt, ermöglicht die konstante Anwesenheit andererseits durch Anpassen des Nutzerverhaltens in der zeitlichen Verwendung energieintensiver Haushaltsservices, technische Interaktion einsparen zu können. Die Abb. 151 und Abb. 153 zeigen, dass der dargelegte Senioren-Haushalt das eigene Verhalten noch nicht opti-mal an dem lokal gegebenen Solarstromangebot orientiert. Dieses Ver-halten ist sicherlich bis dato auch generell in Wohnhaushalten weiterhin dominierend, nicht zuletzt auch aufgrund der ausbleibenden Rückkopp-lung des Systems über die energetischen Effekte, die das veränderte Nut-zerverhalten bewirkt.


I CLXXXVIII

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

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Grundlast

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Grundlast

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Sonstiges

Ladenprozesse

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Spm

Mkw

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PtvPCm




ElhWsm

RPR Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

13%

70%

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Grundlast



RPR Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

13%

70%

16%



Grundlast



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Sommer

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4

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5

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6


154,

3 15

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154,

0

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0

126,

4

Neben der spezifischen Auslegung der Interaktionsfähigkeit von Wohnein-heiten im Hinblick auf eine optimierte Eigennutzungsrate des gewonnenen Solarstroms, sind für die Bewohnergruppe der Senioren insbesondere Sicherheitsaspekte und technisch nutzbare Serviceleistungen potenziell besonders von Bedeutung, wie sie im Zusammenhang mit der Gebäu-deinteraktion des Assisted Living umschrieben werden.

Auf der anderen Seite zeigt die Nutzergruppe die Eigenschaft, dass wäh-rend der Anwesenheitsphasen von Personen im Tagesverlauf die Anzahl der genutzten Räume oftmals variiert. Im Hinblick auf die Behandlung thermischer Komfortbelange durch bauliche Interaktion führt diese Ver-haltensweise potenziell zu förderlichen Koordinationsmöglichkeiten durch das Gebäude.

Abb. 152: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt eines Senio-renpaares.


CLXXXIX I



I (best) 893 (941) 3760 (3969) 1587 (1662) 155 (161)II (good) 386 (571) 1806 (1689) 397 (825) 63 (204)III (acceptable) 224 (0) 92 (0) 1118 (615) 135 (0)IV (unacceptable) 9 (0) 0 (0) 0 (0) 12 (0)


Bestand unsaniert


Bestand saniert




Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Abb. 154: Seniorenpaar (RPR) Haus-halt. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1).


RPR – Nutzergruppen-spezifische Bedarfe für Wärmeenergie und resultierende Komfortbedingungen (exemplarische Untersuchung im Geschosswohnungsbau)

Interaktion im sanierten BestandDer Vergleich der sanierten Interaktionsszenarios zur Ausgangslage zeigt, dass sich einerseits durch die angewendete bauliche Interaktion die Be-darfe für Wärmeenergie in dem untersuchten Geschosswohnungsbau er-höhen, andererseits jedoch die Koordinationsfähigkeit des Gebäudes zu einer Verbesserung des Raumkomfort beiträgt (vgl. Abb. 154 und Abb. 159 (2)). Die in weiten Teilen durch beide Personen des Haushalts ganz-tägig genutzten Wohnräume führen dazu, dass im Ausgangsszenario in den Winter- und Übergangsmonaten das gewählte manuelle Lüftungsver-halten der Bewohner nicht ausreicht. Die Raumluft weist gemäß Abb. 151 (1) über einen längeren Zeitraum deutlich überhöhte CO2-Konzentrationen auf. Würde das Seniorenpaar sein Lüftungsverhalten stärker vom CO2-Gehalt der Luft abhängig machen, läge der resultierende Wärmebedarf im Ausgangsszenario höher und würde auch eine energetische Einsparung der Interaktionsszenarios abbilden lassen.

Die Gebäudeinteraktionsstrategie, die den Interaktionsszenarios zugrun-de liegt, versucht hingegen, diesen Komfortmangel unmittelbar zu behe-ben, wodurch das Fenster häufiger zum Lüften geöffnet wird und sich letztlich die resultierenden Erhöhungen des Wärmebedarfs ergeben. Das interagierende Gebäude lüftet bedarfsgerecht während des ganzen Jah-res in ständiger Abwägung der bestehenden Raumluftqualität und den ge-


I CXC



gebenen Raumtemperaturen. Die entstehenden Lüftungswärmeverluste gleicht das Gebäude durch Nachheizen aus. Im Szenario des solar-opti-mierten Bestands führt diese Gebäudeautomation in Kombination mit der raumweisen Heizungsregelung in denen nach Süden orientierten Wohn-bereichen (wo-ko, sa) dazu, dass, während einzelne Räume unbenutzt bleiben, teilweise die festgelegten Sollwerttemperaturen für Innenräume unterschritten werden. Während das Szenario in der Summe generell eine deutliche Verbesserung des Raumkomforts erzielt, führt die beschriebene Situation im Sanitärbereich dazu, dass sich Kategorie-übergreifend die Werte zum Raumkomfort geringfügig verschlechtern. Der direkte Ver-gleich der Ergebnisse der Interaktionsszenarien im sanierten Bestand zum solar-optimierten Bestand mit der Vollverglasung der Südfassade zeigt, dass die Anpassung der Gebäudehülle in Kombination mit der bestehen-bleibenden Interaktion des Gebäudes zu einer Verbesserung des Wärme-nergiebedarfs sowie der Komfortnutzungsstunden der Innenräume führt.

Interaktion im unsanierten BestandIm unsanierten Bestand zeigt sich für den Haushalt des Seniorenpaars eine Senkung des jährlichen Wärmebedarfs durch Anwendung der gewählten Interaktionsstrategie gegenüber der Ausgangslage. Der Energieeinspa-rung steht jedoch eine allgemeine Verschlechterung des Raumkomforts in allen Wohnbereichen gegenüber. Die Regelung des Lüftungsverhaltens führt auch hier, ähnlich dem vorab beschriebenen Effekt der Gebäudeau-tomation im sanierten Bestand, zu unverhältnismäßig abgesenkten Innen-raumtemperaturen.

CXCI I





Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder




Abb. 158: Seniorenpaar (RPR) Haus-halt im sanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Be-stand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1).

(2)

(1)




I CXCII



CXCIII I

(1)

(2)








Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTuns, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

WE BSTuns

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder



Abb. 162: Seniorenpaar (RPR) Haus-halt im unsanierten Be-stand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1).


I CXCIV



CXCV I

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

1

2

3

1

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1 1

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Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

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00

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00

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30

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30

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30

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:23:

30

00:2

4:00

[h]

E1K - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

E1K - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

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h.Pe

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© C.Drebes. Suffizienz & EnergieQuellen: a.G. Dix-Landgraf (2019)

Eltern mit Kind (werktags)

Eltern mit Kind (samstags)

Mehrpersonen-3 - Tagesprofil (WT, WE)

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Sommer

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E1K - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

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ElhWsm

1.7 Mehr-Personen Haushalte

1.7.1. Familie (Eltern mit Kind, E1K)Anwesenheit und Nutzung elektroenergetisch relevanter Ausstattungen

Der Familienhaushalt bestehend aus einem Elternpaar mit Kind zeigt insbesondere während der Werktage über den Tag verteilt eine ver-gleichsweise fluktuierende Anzahl an Personen, die sich gleichzeitig in den Wohnräumen aufhalten. An Tagen des Wochenendes variiert die An-zahl der benutzten Räume im Tagesverlauf, jedoch zeigt sich eine relativ gleichmäßige Belegungsdichte während der Nutzung.

Durch die sehr unterschiedlichen Tagesabläufe der beteiligten Personen dieser Haushaltsform unterscheiden sich Werktage und Tages des Wo-chenendes hinsichtlich der Verwendung elektroenergetisch relevanter Ausstattungsgegenstände nur vereinzelt. Die prozentuale Verteilung der Grundlast im Verhältnis zur auftretenden Individuallast und das Verhältnis zwischen Tageszeit-abhängigen und Tageszeit-unabhängigen energetisch relevanten Tätigkeiten sind an den beiden betrachteten Typtagen annä-hernd identisch. Der wesentliche Unterschied in der Betrachtung der


I CXCVI

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E1K - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

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Grundlast

Hh.-Geräte allg.

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© C.Drebes. Suffizienz & EnergieQuellen: a.G. Dix-Landgraf (2019)

Eltern mit Kind (werktags)

Eltern mit Kind (samstags)

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GefrierschrankKühlschrank

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9,4

E1K - Typtag Strombedarf an Wochenendtagen, kummuliert [W]

21%

61%

18%



Grundlast



E1K Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

21%

61%

18%



Grundlast



E1K Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

Abb. 167: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt einer Kleinfa-milie.

Nutzungsprofile liegt in der zeitlichen Ausdehnung der aktiven Nutzung, da an Wochenendtagen diese Phase später beginnt und dadurch kür-zer ausfällt. Aus den einzelnen, genutzten technischen Ausstattungen im Laufe einer Woche ergibt sich für den Mehr-Personen-Haushalt der Kleinfamilie ein Verhältnis von jeweils annähernd einem Drittel an Strom-aufwendungen für die Grundlast sowie für Tageszeit-abhängige und -un-abhängige Individuallasten.


CXCVII I





Bestand unsaniert


Bestand saniert




Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Abb. 169: Eltern mit Kind (E1K) Haus-halt. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1).


E1K – Nutzergruppen-spezifische Bedarfe für Wärmeenergie und resultierende Komfortbedingungen (exemplarische Untersuchung im Geschosswohnungsbau)

Interaktion im sanierten BestandDie vorab angesprochenen, unterschiedlichen Vorstellungen und Nut-zungszeiten des Mehr-Personen-Haushalts im Umgang mit den vor-liegenden Wohnräumen führt dazu, dass sich in beiden Varianten des sanierten Bestands die Interaktionsstrategie des Presence Control mit raumweiter Heizungsregelung gegenüber der wohnungsweiten Regelung aus energetischer Sicht als sinnvolle Interaktionsform für die vorliegende Bewohnergruppe darstellt (vgl. Abb. 169 und Abb. 173 (2)). Neben den unterschiedlichen Nutzervorstellungen resultiert dieser Umstand aus der langen Nutzungsphase der Wohnräume sowohl an Werktagen wie auch an Tagen des Wochenendes. Die Anwesenheitsprofile in Abb. 166 dokumen-tieren, dass die Wohnung nur während der Mittagszeit für wenige Stunden gänzlich ungenutzt ist. Die aus dieser Zeit resultierenden Abweichungen von den bestehenden Raumkomfortbedingungen während der Nutzungs-phase fallen in der Regel relativ moderat aus und können, durch die Fähig-keiten eines interaktionsfähigen Gebäudes vorausplanend die Rückkehr der Bewohner in der Regelung der Gebäudetechnik zu berücksichtigen, ausgeglichen werden (vgl. Interaktionsform Heat Control in Kap. VII). Das gute Zusammenwirken zwischen Nutzerverhalten beziehungsweise Nutz-ergruppe und den Interaktionsmöglichkeiten des Gebäudes zeigt sich auch in den Zahlen des Raumkomforts. Die Interaktionsszenarios des sanierten Bestands bewahren annähernd durchgängig die positiven Vor-gaben der Ausgangslage und bewirken gleichzeitig eine Reduktion des


I CXCVIII



Wärmeenergiebedarfs um sechs Prozent gegenüber der sanierten Aus-gangslage. Die Szenarienvariante mit wohnungsweiter Präsenzkontrolle würde hingegen eine deutliche Erhöhung auf 136 % des ursprünglichen Wärmeenergiebedarfs bewirken.

Der sanierte solar-optimierte Bestand zeigt in dem nach Süden orien-tierten, vollverglasten Wohn-Koch-Bereich eine deutliche Verschlechte-rung der Nutzungsstunden mit inakzeptablem Raumkomfort gegenüber der Ausgangslage. Auf der anderen Seite ließen sich die Zahlenwerte der weiteren Komfortkategorien in der Variante mit solar-optimierter Südfas-sade gegenüber dem Ausgangsszenario durch die Interaktionsfähigkeit des Gebäudes deutlich verbessern.

Interaktion im unsanierten BestandDie in Abb. 177 (1) gezeigten, bereits sehr guten Komfortwerte des Aus-gangsszenarios, mit nur wenigen Stunden mit inakzeptablen Raumkom-fortbedingungen im Schlafbereich der betrachten Wohneinheit, lässt letztlich durch die Ergänzung baulicher Interaktionsmöglichkeiten kaum Raum zur Verbesserung. Die Zahlen zum Interaktionsszenario im unsa-nierten Bestand belegen daher auch, dass einerseits zwar der Wärme-bedarf durch die deutlich sensitivere Regelung der KGI gegenüber der manuellen Benutzung abermals deutlich gesenkt werden kann, anderer-seits verschlechtern sich fast Kategorie-übergreifend und deutlich ables-bar die resultierenden Komfortbedingungen. In dem vorliegenden Fall des von einer Kleinfamilie bewohnten unsanierten Bestands wäre die Vielzahl der angewandten baulichen Interaktionen auf einzelne gewinnbringende Eingriffsmöglichkeiten des Gebäudes zu reduzieren.

CXCIX I








Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(2)

(1)



Abb. 173: Eltern mit Kind (E1K) Haushalt im sanierten Be-stand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Be-stand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1).


I CC



CCI I








Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTuns, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

WE BSTuns

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

(1)

(2)



Abb. 177: Eltern mit Kind (E1K) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1).


I CCII



CCIII I

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

1

2

3

1

2

1 1

2

3

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

:02:

30

00:0

3:00

00

:03:

30

00:0

4:00

00

:04:

30

00:0

5:00

00

:05:

30

00:0

6:00

00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

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30

00:1

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00

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30

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:19:

30

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0:00

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30

00:2

1:00

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30

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30

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00

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30

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[h]

00:0

0:00

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:00:

30

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1:00

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00:0

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30

00:0

7:00

00

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30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

:10:

30

00:1

1:00

00

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30

00:1

2:00

00

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30

00:1

3:00

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30

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4:00

00

:14:

30

00:1

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00

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30

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00

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00

:18:

30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

:20:

30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

SVVRPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

SVVRPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

ekte

Rau

m

Anw

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rson

Rau

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h.Pe

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Tst

Kfv

Fön

Smp

Smp Sm

p

Smp

Smp

Smp

TblPtv

Fns

Sts

Kfv

Mkw

Kfv

Fön

Smp

Smp

Smp

Smp

Tbl

Msa

MsaPtv Brp

PCmPCm

Wsm

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladeprozesse

Tst

Sts

Kfm

Kfm

Mkw

Wsk

Fön

Smp

PCs Sm

p

Fnt

Fns

PCm

Msa

FnsPCm

Ladep.

Ladep.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladeprozesse

Kfm Elh

BgeSpm

Sts

Mkw

Wsk

Fön

Smp

Smp

FntMsa Fns

PCs

PCm

Generationenwohnen Rentnerpaar und Single VV (werktags)

Generationenwohnen Rentnerpaar und Single VV (samstags)

Mehrpersonen-HH-3- Tagesprofil (WT, WE)

SpmElhWsm

Bge

SingleVV+Rentnerp werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

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30

00:0

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00

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00

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00

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7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

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30

00:1

1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

00

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30

00:1

3:00

00

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30

00:1

4:00

00

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00:1

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00

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00:1

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30

00:1

9:00

00

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30

00:2

0:00

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30

00:2

1:00

00

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30

00:2

2:00

00

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30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter


17/83


88/12370,

928

8,2

339,

2

429,

636

6,8

482,

8

9,2

9,2

8,2

36,1

8,

2

132,

4

8,2

146,

2 22

8,9

90,9

8,2

70,0

8,

2

8,2

8,2

23,5

23

,9

24,5

9,2

175,

3

SVVRPR - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

92,5

SingleVV+Rentnerp werktags pro WE [W]

0

100

50

150

200

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0:00

00

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30

00:0

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00

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00

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00

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1:00

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2:00

00

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00:1

3:00

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[W]

[h]




Sommer

Winter


17/83


88/12370,

928

8,2

339,

2

429,

636

6,8

482,

8

9,2

9,2

8,2

36,1

8,

2

132,

4

8,2

146,

2 22

8,9

90,9

8,2

70,0

8,

2

8,2

8,2

23,5

23

,9

24,5

9,2

175,

3

SVVRPR - Typtag Strombedarf an Werktagen, kummuliert [W]

92,5

1

2

3

1

2

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2

3

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2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

00:0

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:07:

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:09:

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Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien


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Ladenp.

Gfs

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ElhWsm

1.7.2. Generationenwohnen (RPRSVV)Anwesenheit und Nutzung elektroenergetisch relevanter Ausstattungen

Die Haushaltsform bestehend aus einem Seniorenpaar und einem oder einer alleinstehenden Vollverdiener/in führt dazu, dass die Wohnung wäh-rend der Woche durchgängig genutzt wird. Die verschiedenen Alltagsab-läufe der kombinierten Nutzergruppen führt insbesondere im Tagesver-lauf von Werktagen dazu, dass die Personendichte der Wohnräume stetig wechselt. Während sich an Tagen des Wochenendes eine deutlich kons-tantere Belegung der Wohnräume ergibt.

Die durchgängige Präsenz von Bewohnern in diesem Haushalt führt dazu, dass sich die ergebenden elektroenergetischen Bedarfe sowohl an Werk-tagen wie auch an Tagen des Wochenendes über den Tag verteilt finden lassen. Insbesondere die Abb. 186 zeigt, dass ein Großteil der Tageszeit-unabhängig nutzbaren und relativ energieintensiven Haushaltsservices bereits in Phasen des Tages genutzt werden, in denen große Anteile an Solarstrom zu erwarten sind. Dieser Umstand resultiert letztlich aus der ganztägigen Präsenz der Gruppe von Senioren, die dadurch, ähnlich der im Rahmen der Projektstudie diskutierten Interaktionsform des Demand Shift, unter anderem beispielsweise abhängig vom Solarangebot flexibel


I CCIV

1

2

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30

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3:00

00

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30

00:2

4:00

[h]

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

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30

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30

00:0

3:00

00

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30

00:0

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30

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5:00

00

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30

00:0

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00

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30

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00

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30

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8:00

00

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30

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9:00

00

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30

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30

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1:00

00

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30

00:1

2:00

00

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30

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3:00

00

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30

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30

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00

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30

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00

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30

00:1

7:00

00

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30

00:1

8:00

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30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

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30

00:2

1:00

00

:21:

30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[h]

SVVRPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Werktagen

1

2

1

2

1

2

Grundlast

Hh.-Geräte allg.

Medien

SVVRPR - Anwesenheit und Ausstattungsnutzung an Wochenenden

Anz

ahl a

ktiv

er A

usst

attu

ngso

bjek

teA

nzah

l akt

iver

Aus

stat

tung

sobj

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Rau

m

Anw

esen

h.Pe

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Rau

m

Anw

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rson


Tst

Kfv

Fön

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Smp Sm

p

Smp

Smp

Smp

TblPtv

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Sts

Kfv

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Kfv

Fön

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Smp

Smp

Smp

Tbl

Msa

MsaPtv Brp

PCmPCm

Wsm

Gfs

Kls

Sonstiges

LadeprozesseTs

tSt

s

Kfm

Kfm

Mkw

Wsk

Fön

Smp

PCs Sm

p

Fnt

Fns

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Msa

FnsPCm

Ladep.

Ladep.

Gfs

Kls

Sonstiges

Ladeprozesse

Kfm Elh

BgeSpm

Sts

Mkw

Wsk

Fön

Smp

Smp

FntMsa Fns

PCs

PCm

Generationenwohnen Rentnerpaar und Single VV (werktags)

Generationenwohnen Rentnerpaar und Single VV (samstags)

Mehrpersonen-HH-3- Tagesprofil (WT, WE)

SpmElhWsm

Bge

SingleVV+Rentnerp wochenends pro WE [W]

0

100

50

150

200

00:0

0:00

00

:00:

30

00:0

1:00

00

:01:

30

00:0

2:00

00

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30

00:0

3:00

00

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30

00:0

4:00

00

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30

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5:00

00

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30

00:0

6:00

00

:06:

30

00:0

7:00

00

:07:

30

00:0

8:00

00

:08:

30

00:0

9:00

00

:09:

30

00:1

0:00

00

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30

00:1

1:00

00

:11:

30

00:1

2:00

00

:12:

30

00:1

3:00

00

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30

00:1

4:00

00

:14:

30

00:1

5:00

00

:15:

30

00:1

6:00

00

:16:

30

00:1

7:00

00

:17:

30

00:1

8:00

00

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30

00:1

9:00

00

:19:

30

00:2

0:00

00

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30

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1:00

00

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30

00:2

2:00

00

:22:

30

00:2

3:00

00

:23:

30

00:2

4:00

[W]

[h]




Sommer

Winter


19/81


90/10

9,2

9,2

174,

2

146,

2

101,

7

8,2

146,

2

8,2

151,

8

439,

435

7,1

291,

429

0,4

334,

733

5,8

219,

4

202,

6

36,5

35,4

36,8

52,4

36,8

9,2

SVVRPR - Typtag Strombedarf an Wochenendtagen, kummuliert [W]

192,

1

192,

1

63,5

63,5

66

,5

38,4

SVVRPR Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

17%

61%

22%



Grundlast



SVVRPR Stromverbrauch pro Woche und Nutzergruppe [%]

17%

61%

22%



Grundlast



den Betrieb von Waschmaschinen regeln kann. Wenn man die prozen-tualen Verteilungen der Tageszeit-abhängigen und -unabhängigen Indivi-duallasten und der bestehenden Grundlast dieses Haushalts betrachtet, lassen sich dementsprechend bereits 60 % des wöchentlichen Strombe-darfs, ohne wesentliche technische Erweiterungen der Interaktionsfähig-keit des Gebäudes, durch bewussten Umgang mit der gegebenen Technik Suffizienz fördernd beeinflussen.

Eine Besonderheit der Nutzergruppe ist, dass aufgrund der Kombinati-on aus zwei, auch einzeln vorkommenden, Haushaltsformen des Single-Vollverdienenden und des Seniorenpaars zu erwarten ist, dass Teile der technischen Ausstattung redundant vorhanden sind und genutzt werden.

Abb. 182: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt mit mehr Generationen.


CCV I





Bestand unsaniert


Bestand saniert




Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Abb. 184: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt. Die Entwicklung des Wär-mebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1).


RPRSVV – Nutzergruppen-spezifische Bedarfe für Wärme-energie und resultierende Komfortbedingungen (exemplarische Untersuchung im Geschosswohnungsbau)

Interaktion im sanierten BestandIn ähnlicher Form, wie es bei der Nutzung elektrischer Energie bereits an-geklungen ist, belegen die Diagramme und Zahlen auch im Hinblick auf die Möglichkeit der aktiven Einflussnahme des Gebäudes auf den Raum-komfort und den Einsatz thermischer Energie, dass die gewählte Interak-tionsstrategie in den einzelnen Szenarios nicht auf die Bewohnergruppe RPRSVV und die vorliegenden Wohnräume abgestimmt ist. Während die Gebäudeinteraktion einerseits eine allgemeine Verbesserung des Raum-komforts während der Nutzungsphasen bewirkt, steigt gleichzeitig sowohl in dem sanierten wie auch dem solar-optimiert, sanierten Szenario der Be-darf an Wärmeenergie um 21 bis 25 % gegenüber der Ausgangslage an. Durch die für die untersuchte Wohnungsgröße (vgl. Kap. VII) relativ hohe Bewohnerdichte ergeben sich, wie bereits im Ausgangsszenario in Abb. 189 deutlich zu erkennen, ganzjährig überproportional erhöhte CO2-Kon-zentrationen der Raumluft. Dieser olfaktorische Komfortmangel bedingt, dass das Gebäude zur Verbesserung der Raumluftqualität ganzjährig an-gehalten ist, die Fenster immer wieder zum Lüften zu öffnen. Während sich dadurch einerseits deutlich erkennbar in den Abb. 187 und Abb. 191 der olfaktorische Komfort der genutzten Innenräume verbessern lässt, führt dies andererseits dazu, dass in den Winter- und Übergangsmonaten, wie in Abb. 185 und Abb. 181 zu erkennen, die operativen Innenraum-temperaturen teilweise unter die gesetzten Sollwert Grenztemperaturen absinken. Auf Grund der hohen internen Gewinne durch die vorhandene Belegungsdichte und die dauerhafte Nutzungsweise der Wohnräume führt


I CCVI



dies jedoch nicht zu Unbehagen, wie die Zahlen zum Raumkomfort der Interaktionsszenarios belegen. Es hat aber zur Folge, dass der benötigte Wärmeenergiebedarf gegenüber dem Ausgangsszenario ansteigt, um die resultierenden Lüftungswärmeverluste auszugleichen.

Im direkten Vergleich der raumweisen und wohnungsweiten Präsenz-kontrolle zeigt sich laut Abb. 184 und Abb. 189 (2), dass eine raumweise Regelung Vorteile aus energetischen Gesichtspunkten erzielt, wohinge-gen aus Gründen des Raumkomforts eine wohnungsweite Regelung der Heizung in Abhängigkeit zur Anwesenheit deutlich erkennbare Verbesse-rungen bietet und zu bevorzugen wäre. Der direkte Vergleich zwischen Varianten einer Interaktionsform zeigt, dass im Zusammenhang mit der Nutzergruppe des Mehrgenerationenwohnens abhängig von der Zusam-mensetzung des Haushalts und daraus resultierenden Nutzungsweisen die Interaktionsstrategie des Gebäudes zu planen ist.

Interaktion im unsanierten BestandIm unsanierten Bestand bietet die angewandte Interaktionsstrategie im Gebäude ein differentes Ergebnis. Während einerseits die Raumkomfort-bedingungen durch die Interaktion des Gebäudes in den Schlafbereichen deutlich verbessert werden können, erhöhen sich gleichzeitig die Stunden inakzeptablen Raumkomfort in den weiteren Bereichen der Wohneinheit. Dabei zeigen die resultierenden Wärmeenergiebedarfe, dass, anders als im Fall des sanierten Bestands, im unsanierten Bestand die angesetz-te Gebäudeinteraktion unter Verwendung der raumweiten Regelung des Heizsystems in Abhängigkeit zur Raumnutzung zur Senkung des benöti-gten Wärmeenergiebedarfs führt. Der betrachtete Fall zeigt, dass in Ab-hängigkeit zur Haushaltsform und durch bedarfsgerechte Auslegung der Interaktionsstrategie die Gebäudeinteraktion eine alternative Option zur Effizienz-orientierten energetischen Sanierung bieten kann.

CCVII I


Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTsan

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder







Abb. 188: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt im sanierten Bestand. Die Ent-wicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1).


(2)

(1)



I CCVIII



CCIX I

Bestand unsaniert


Bestand saniert



WE BSTuns, IBS

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder


WE BSTuns

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder

Generationenwohnen


Eltern mit Kind

DINKS

Paar in Ausbildung

Senior

Seniorenpaar

Alleinerziehend


Vollverdiener

oder







(1)

(2)



Abb. 192: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebe-darfs je Raum der Wohnein-heit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1).


I CCX



CCXI I

Anl-4 Szenarienkonfigurationen der Projektstudie

4.1 Typtagbetrachtungen zum elektrischen Energiebedarf

KGI Piktos

KGI

Bestand mit PV

(Präsentation) Bestand mit PV

KGI Piktos

KGI

Bestand mit PV

(Präsentation) Bestand mit PV

Tab.: Elektro-energetische Typtagbetrachtung des Gesamtgebäudes (GE), Projektstudie Geschosswohnungsbau in Frankfurt am Main

In der Untersuchung der Einflussmöglichkeiten von baulichen Interaktionen auf die Verwendung elektrischer Energie im Gebäude wird sich auf die Betrachtung des Eigennut-zungsgrads und Deckungsgrads des am Gebäude gewonnenen Solarstroms konzentriert. In der vergleichenden Betrachtung eines Geschosswohnungsbaus in Frankfurt am Main verfügt sowohl die als Referenzvariante angesetzte Ausgangslage sowie die entwickelten Interaktionsszenarios jeweils über die gleiche Fläche an zu Grunde gelegter Photovoltaik-fläche auf der nach Süden geneigten Dachfläche. Der daraus gewonnene Solarstrom dient als Bewertungsparameter zur Untersuchung der Einflussmöglichkeiten elektro-technischer Interaktionsfähigkeit von Gebäuden.

Bezeichnung Beschreibung / Eigenschaften

Ausgangslage

0-1 GE BST ohne Interaktion

• Bewohnerstruktur des Gebäudes ist heterogen bestehend aus SVV, DKS, RPR, E1K, SVVRPR.

• Die unterschiedlichen Nutzungsprofile zur Verwen-dung elektro-energetisch relevanter Ausstattungen definieren jeweils für den Typtag eines Werktags und eines Tages am Wochenende den regulär anfal-lenden Bedarf an elektrischer Energie.

• Die resultierenden Eigennutzungsgrade und De-ckungsraten des gewonnenen Solarstroms resultie-ren aus der zeitgleichen Verrechnung von Angebot und Nachfrage.

Interaktionsszenarios

1-1 GE BSTds Interaktion• Bewohnerstruktur wie 0-1• Angewandte Gebäudeinteraktion: Demand Shift (ds)

1-2 GE BSTcs Interaktion

• Bewohnerstruktur wie 0-1• Elektro-energetische Ausgangslage nach Anwen-

dung der Demand Shift Interaktion wie in 1-1• Angewandte Gebäudeinteraktion: Credit Shift (cs)

I CCXII

4.2.1. Stromverbräuche technischer AusstattungenDie aufgeführten technischen Geräte und Kennwerte bilden die Grundlage für die in „Anl-3 Nutzungsweisen von Wohnräumen und deren technischen Ausstattungen“ abgebildeten Nutzungs- und An-wesenheitsprofile von Bewohnergruppen. Die Energieverbrauchs-Kenn-zahlen bilden die Grundlage für die untersuchten ektro-energetischen Interaktionsszenarios zur Abbildung Nutzergruppen spezifishcer elektor-energetischer Lastprofile.

Tab.: Elektro-energetische Ausstattungsmerkmale von Wohnbauten kotegorisiert nach Grundlast, sowie Tageszeit abhängiger und unabhängiger Anwendungen; basierend auf der Zeitverwendungsstudie des statistischen Bun-desamtes ZVE 2012/2013 zu zeitlichen Aktivitäten ausgewählter Nutzergruppen

1) Ausstattungsgegenstände der Grundlast(Ausstattungen zum Erhalt definierter Zustände und Komfortlevel)NE Bezeichnung Abk. Zeiteinheit Energieverbrauch*1 Anwendungsart

Allg

.

Licht (LED) Lic kWh pro Stunde 0,011 Medien

Smart-Lighting (standby mode)

SLi-sb kWh pro Tag 0,018 Medien

Router Rou kWh pro Tag 0,24 Haushalt/Medien

Sprachassistent SpA kWh pro Tag 0,07 Medien

Küc

he Kühlschrank Kls kWh pro Tag 0,34 Haushalt

Gefrierschrank Gfs kWh pro Tag 0,46 Haushalt

2) Ausstattungen Tageszeit unabhängig nutzbar(Anwendungen die keine aktive Teilnahme oder Einflussnahme der Nutzenden bedin-gen; relevant in Szenrarien des ‚demand shift‘)NE Bezeichnung Abk.

San

itär

raum Spülmaschine Spm kWh pro Spülgang 0,92 Haushalt

Waschmaschine Wsm kWh pro Waschgang 0,52 Haushalt

Wäschetrockner Wst kWh pro Trocknung 1,55 Haushalt

Staubsauger Sts kWh pro Stunde 1,50 Haushalt

3) Ausstattungen Tageszeit abhängiger Nutzung(Anwendungen die eine aktive Teilnahme oder Einflussnahme der Nutzenden bedin-gen; relevant in Szenrarien des ‚credit shift‘)NE Bezeichnung Abk

Küc

henr

aum

Elektroherd Elh kWh pro Stunde 0,937 Haushalt

Mikrowelle Mkw kWh pro Stunde 1,20 Haushalt

Wasserkocher Wsk kWh pro Stunde 2,333 Haushalt

Kaffeemaschine Kfm kWh pro Stunde 0,952 Haushalt

Kaffeevollautomat Kfv [kWh] 0,725 Haushalt

Toaster Tst [kWh] 0,861 Haushalt

San

itär Fön Fön [kWh] 1,333 Haushalt

Bügeleisen Bge [kWh] 1,00 Haushalt

Allg

emei

n Laptop PCm [kWh pro Ladezyklus 0,053 MedienSmartphone/Mobilphone Smp kWh pro Ladezyklus 0,016 Medien

Tablet Tbl kWh pro Ladezyklus 0,175 Medien

Woh

nrau

m

Musikanlage Msa kWh pro Stunde 1,0 Medien

Blueray- / DVD-Player Brp kWh pro Stunde 0,025 Medien

Fernseher (Flachbild) Fns kWh pro Stunde 0,088 Medien

pay-TV Receiver Ptv kWh pro Stunde 0,015 Medien

Spielekonsole Spk kWh pro Stunde 0,094 Medien

Arb

eit

PC stationär PCs kWh pro Stunde 0,155 Medien

*1

Die Energieverbrauchs-Kennwerte ergeben sich als Durchschnitt des Energieverbrauchs gängiger Pro-dukte und beruhen auf Angaben der Quellen Mansmann, Windeck, Kuhlmann et al. (2019), Stromverbrauch info (Hrsg., 2020), Verbraucherzentrale NRW (Hrsg., 2020), Verbraucherzentrale-RLP (Hrsg., 2015) sowie auf den Ergebnissen der studentischen Forschungsarbeit Dix-Landgraf (2019)

CCXIII I

Nutzergruppe Umgeb. BSTs,so 1) Solar Optimierter Bestand BSTs 2) Sanierter Bestand BST 3) Unsanierter Bestand

SUI

SV

V

DK

S

RP

R

E1K

RP

RS

VV

sMU

sSU

AC

°C

AC

CO

2

PC

DR

PC

RR

HC

SC

LC noIB

S, U

A°C

noIB

S, U

Adm

p

AC

°C

AC

CO

2

PC

DR

PC

RR

HC

SC

LC noIB

S, U

A°C

noIB

S, U

Adm

p

AC

°C

AC

CO

2

PC

DR

PC

RR

HC

SC

LC

Wohneinheit WEBST 1-1.1aBST 1-1.1bBSTs 1-2.1aBSTs 1-2.1b

2-2.1a2-2.1b

2-1.1a2-1.1b

3-2.1b

WE u. UmgebungBST 1-1.2BSTs 1-2.2

2-1.2b2-2.2a

2-1.2a

2-2.2b3-2.2b

Gebäude GEBST 0-1.1

0-1.3b0-1.3c

BSTs 0-2.10-2.3b0-2.3c0-3.3b0-3.3c0-4.3b0-5.3b0-6.3b0-7.3b

0-12.4b

4.2 Dynamische Betrachtungen zum Bedarf nach thermischer Energie

Die Untersuchung zum thermischen Verhalten des Geschosswohnungs-baus in Frankfurt am Main im Rahmen der durchgeführten Projektstudie gliedert sich in die thermischen Simulationen des Gesamtgebäudes be-stehend aus fünf Vollgeschossen mit zwei Wohneinheiten je Geschoss, sowie der Simulation einer der vorliegenden Wohnungen im 3.Oberge-schoss. In beiden Fällen wurden in variierenden Szenarien sowohl die bauphysikalischen Eigenschaften der Hüllflächen sowie die Nutzung der Innenräume angepasst.

Tab.: Szenarien dynamischer Betrachtungen des thermisch-energetischen Verhaltens der Projektstudie, untersucht nach der einzelnen Wohneinheit innerhalb des Gebäudes, der Wohneinheit inklusive angrenzender Wohnnutzungen, sowie in der Betrachtung des Gesamtgebäudes, unter Angabe der angesetzten Eigenschaften zur Interaktion.

SVV=Single Vollverdiener, DKS=Double Income No Kids, RPR=Rentnerpaar, E1K=Eltern und ein Kind, RPRSVV=Generationenwohnen aus RPR und SVV, sMU=surrounded Multi-Usergroups, Umgebung aus unterschiedlichen Nutzergruppen, sSU=surounded Single Usergroups, Umgebung aus gleichen Nutzergrup-pennoIBS°C=keine Interaktionseigenschaften des Gebäudes mit manueller Fensterlüftung in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur und Anwesenheit, noIBSdmp=keine Interaktionseigenschaften des Gebäudes mit manueller Fensterlüftung in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur und ganzjährig, regelmäßiger kurzzeitiger Stoßlüf-tung während der Tagesstunden und der Anwesenheit, AC°C=Air Control, Lüftungsregelung in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur, ACCO2=Air Control, Lüftungs-regelung in Abhängigkeit zum CO2-Gehalt der Raumluft, PCDR=Presence Control (gen.), allgemeine Präsenzkontrolle der Bewohner innerhalb der Wohneinheit, PCRR=Presence Control (room related), raum-abhängige Präsenzkontrolle der Bewohner, HC=Heat Control, Heizungsregelung, SC=Shade Control, Verschattungs-regelung, LC=Light Control, Beleuchtungsregelung

I CCXIV

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Tab.: Thermische Simulationen des Gesamtgebäudes (GE), Projektstudie Geschosswohnungsbau in Frankfurt am Main

0-1. Unsanierter Bestand*1 Die Szenarien zum unsanierten Bestand setzen voraus, dass seit der Einführung der ersten Wärmeschutzverordnung 1977 keine grundlegende energetische Sanierung des Gebäudes erfolgt ist. Bis auf notwendige Ertüchtigungen zum Erhalt der Bausubstanz befindet sich das Gebäude demnach in unsaniertem Zustand:Opake Hüllbauteile (Doppelschaliges Mauerwerk, verputzt, d=44,5cm, U=0,705 W/m2K), Transparente Hüllbauteile (2-fach Verglasung, UG=2,859 W/m2K, g=0,71, Tvis=0,786), Innenwände (beidseitig verputzte Mauerwerkswand, d=13,5cm, U=2,332 W/m2K), Innendecken ( verkleidete Holzbalkendecke, d=40cm, U=0,1221)


0-1.1 GE BSTuns, ohne Interaktion

• Bewohnerstruktur, heterogen aus SVV, DKS, RPR, E1K, SVVRPR

• Fensterlüftung und Heizverhalten erfolgen manuell durch die Bewohner in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur

0-1.3 GE BSTuns, IBS

• Bewohnerstruktur, wie 0-1.1• berücksichtigte Gebäudeinteraktionen:

Air Control (acCO2); Presence Control (room related, pcRR); Heat Control (hc); Light Control (lc); Shade Control (sc)

0-2. Sanierter Bestand*1

Die Szenarios orientieren sich an der vorgefundenen, sanierten Gebäudestruktur mit Wärmeübergangskoeffizienten, die sich auf Grund des vorhandenen Emsembleschutzes der gründerzeitlichen Blockrandbebauung nur annäherungsweise an den Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2016 für wärmeübertragende Umfassungsflächen orientieren: Opake Hüllbauteile (Doppelschaliges Mauerwerk mit XPS-Dämmung, verputzt, d=52,5cm, U=0,2747 W/m2K), Transparente Hüllbauteile (Kastenfenster mit aussenseitig 2-fach Ver-glasung (Low-E Beschichtung auf der Aussenseite der inneren Glasscheibe) und raum-seitiger 1-fach Verglasung, UG,ges=1,206 W/m2K, g=0,603, Ts=0,409, Tvis=0,66), Innenwän-de (wie 0-1), Innendecken (wie 0-1)Index Bezeichnung Beschreibung / Eigenschaften

0-2.1 GE BSTsan, ohne Interaktion

• Bewohnerstruktur, heterogen aus SVV, DKS, RPR, E1K, SVVRPR

• Fensterlüftung und Heizverhalten erfolgen manuell durch Bewohner in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur

0-2.3 GE BSTsan, IBS



0-3. Solar optimierter, sanierter Bestand*1

Die Szenarios orneitieren sich am saniertem Bestand mit identischer straßenseitiger Gliederung und bauphysikalischer Ausbildung der Nordfassaden, sowie südseitiger maximierter Verglasungsanteile (100%) unter Verwendung der gleichen Verglasungsele-mente wie in Szenario 0-2 als Kastenfenster zur optimierten, bedarfsgerechten Nutzung einfallender Solarstrahlung. Opake Hüllbauteile (wie 0-2.), Transparente Hüllbauteile (wie 0-2.), Innenwände (wie 0-1), Innendecken (wie 0-1)


0-3.4 GE BSTopt, IBS



0-4.3 GE BSTopt, IBS, SVV• Bewohnerstruktur, homogen aus SVV-Haushalten• berücksichtigte Gebäudeinteraktionen, wie 0-4.3

0-5.3 GE BSTopt, IBS, RPR• Bewohnerstruktur, homogen aus RPR-Haushalten• berücksichtigte Gebäudeinteraktionen, wie 0-4.3

0-6.3 GE BSTopt, IBS, RPRSVV• Bewohnerstruktur, homogen aus RPRSVV-Haushalten• berücksichtigte Gebäudeinteraktionen, wie 0-4.3

0-7.3 GE BSTopt, IBS, E1K• Bewohnerstruktur, homogen aus E1K-Haushalten• berücksichtigte Gebäudeinteraktionen, wie 0-4.3

*1bauphysikalische Angaben von opaken und transparenten Umfassungsflächen basieren auf den Berechnungen des thermischen Simulationsprogramms IDA ICE, version 4.8 SP1

CCXV I

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Tab.: Thermische Simulationen der Wohneinheit (WE) im unsanierten Bestand, einzeln und im Verbund mit angrenzenden Wohneinheiten, sowie für unterschiedliche Bewohnergruppen (SVV, DKS, RPR, E1K, RPRSVV), Projektstudie Ge-schosswohnungsbau in Frankfurt am Main

1-1. Unsanierter Bestand*1 (ohne Interaktion) Die Szenarien zum unsanierten Bestand setzen voraus, dass seit der Einführung der ersten Wärmeschutzverordnung 1977 keine grundlegende energetische Sanierung des Gebäudes erfolgt ist. Bis auf notwendige Ertüchtigungen zum Erhalt der Bausubstanz befindet sich das Gebäude demnach in unsaniertem Zustand:Opake Hüllbauteile (Doppelschaliges Mauerwerk, verputzt, d=44,5cm, U=0,705 W/m2K), Transparente Hüllbauteile (2-fach Verglasung, UG=2,859 W/m2K, g=0,71, Tvis=0,786), Innenwände (beidseitig verputzte Mauerwerkswand, d=13,5cm, U=2,332 W/m2K), Innendecken ( verkleidete Holzbalkendecke, d=40cm, U=0,1221)Index Bezeichnung Beschreibung / Eigenschaften

1-1.1 WE BSTuns

• Simulation als raumweises Zonenmodell der einzelnen Wohneinheit im unsanierten Bestand

• Simulation des thermischen Verhaltens der Wohneinheit im Vergleich der Bewohnergruppen

• Fensterlüftung und Heizverhalten erfolgen manuell durch Bewohner in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur und Anwesenheit

1-1.2 WE BSTuns Umg

• Simulation als raumweises Zonenmodell im unsanierten Bestand mit angrenzenden Räumlichkeiten und hetero-genen Bewohnerstruktur

• ansonsten gemäß 1-1.1

2-1. Unsanierter Bestand*1 (mit Interaktion)

2-1.1 WE IBSuns BST

• Simulation als raumweises Zonenmodell der einzelnen Wohneinheit im sanierten Bestand


• Interaktion des Gebäudes zur Fensterlüftung (ac), Heiz-verhalten (hc), Anwesenheitskontrolle (pcRR), Belichtung und Beleuchtung (lc) und Verschattung (sc) in Abhän-gigkeit zur nutzergruppen spezifischen Sollwerten und Anwesenheitszeiten in Räumen

2-1.2 WE IBSuns BST Umg

• Simulation als raumweises Zonenmodell im unsanierten Bestand mit angrenzenden Räumlichkeiten und hetero-gener Bewohnerstruktur

• ansonsten entsprechend 2-1.1*1bauphysikalische Angaben von opaken und transparenten Umfassungsflächen basieren auf den Berechnungen des thermischen Simulationsprogramms IDA ICE, version 4.8 SP1

Tab.: Thermische Simulationen der Wohneinheit (WE) im sanierten Bestand, einzeln und im Verbund mit angrenzenden Wohn-einheiten, sowie für unterschiedliche Bewohnergruppen (SVV, DKS, RPR, E1K, RPRSVV), Projektstudie Geschosswoh-nungsbau in Frankfurt am Main

1-2. Sanierter Bestand*1 (ohne Interaktion)Die Szenarios orientieren sich an der vorgefundenen, sanierten Gebäudestruktur mit Wärmeübergangskoeffizienten, die sich auf Grund des vorhandenen Emsembleschutzes der gründerzeitlichen Blockrandbebauung nur annäherungsweise an den Vorgaben der Energieeinsparverordnung 2016 für wärmeübertragende Umfassungsflächen orientieren: Opake Hüllbauteile (Doppelschaliges Mauerwerk mit XPS-Dämmung, verputzt, d=52,5cm, U=0,2747 W/m2K), Transparente Hüllbauteile (Kastenfenster mit aussenseitig 2-fach Ver-glasung (Low-E Beschichtung auf der Aussenseite der inneren Glasscheibe) und raum-seitiger 1-fach Verglasung, UG,ges=1,206 W/m2K, g=0,603, Ts=0,409, Tvis=0,66), Innenwän-de (wie 1-1), Innendecken ( wie 1-1)Index Bezeichnung Beschreibung / Eigenschaften

1-2.1 WE BSTsan

• Simulation als raumweises Zonenmodell der einzelnen Wohneinheit im sanierten Zustand des Gebäudes


• Fensterlüftung und Heizverhalten erfolgen manuell durch Bewohner in Abhängigkeit zur Innenraumtemperatur und Anwesenheit

*1bauphysikalische Angaben von opaken und transparenten Umfassungsflächen basieren auf den Berechnungen des thermischen Simulationsprogramms IDA ICE, version 4.8 SP1I CCXVI

Bestand unsaniert


Bestand saniert



Bestand unsaniert


Bestand saniert



Tab.: Thermische Simulationen der Wohneinheit (WE) im sanierten Bestand, einzeln und im Verbund mit angrenzenden Wohn-einheiten, sowie für unterschiedliche Bewohnergruppen (SVV, DKS, RPR, E1K, RPRSVV), Projektstudie Geschosswoh-nungsbau in Frankfurt am Main

1-2.2 WE BSTsan Umg

• Simulation als raumweises Zonenmodell im sanierten Bestand mit angrenzenden Räumlichkeiten und hetero-gener Bewohnerstruktur

• ansonsten gemäß 1-2.1

2-2. Sanierter Bestand*1 (mit Interaktion)Index Bezeichnung Beschreibung / Eigenschaften

2-2.1 WE IBSsan BST

• Simulation als raumweises Zonenmodell der einzelnen Wohneinheit im sanierten Bestand


• Interaktion des Gebäudes zur Fensterlüftung (ac), Heiz-verhalten (hc), Anwesenheitskontrolle (pcRR), Belichtung und Beleuchtung lc) und Verschattung (sc) in Abhän-gigkeit zur nutzergruppen spezifischen Sollwerten und Anwesenheitszeiten in Räumen

2-2.2 WE IBSsan BST Umg

• Simulation als raumweises Zonenmodell im sanierten Bestand mit angrenzenden Räumlichkeiten und hetero-gener Bewohnerstruktur

• ansonsten entsprechend 2-2.1*1bauphysikalische Angaben von opaken und transparenten Umfassungsflächen basieren auf den Berechnungen des thermischen Simulationsprogramms IDA ICE, version 4.8 SP1

Tab.: Thermische Simulationen der Wohneinheit (WE) im sanierten Bestand mit optimierter Nutzung von Solarenergie, einzeln und im Verbund mit angrenzenden Wohneinheiten, sowie für unterschiedliche Bewohnergruppen (SVV, DKS, RPR, E1K, RPRSVV), Projektstudie Geschosswohnungsbau in Frankfurt am Main

3-2. Solar optimierter, sanierter Bestand*1 (mit Interaktion)Die Szenarios orientieren sich an dem saniertem Bestand mit identischer straßenseitiger Fassadengliederung und bauphysikalischer Ausbildung zur Wahrung des Ensembleschut-zes, sowie südseitiger maximierter Verglasungsanteile unter Verwendung der gleichen Ver-glasungselemente wie in Szenario 1-2 als Kastenfenster zur optimierten, bedarfsgerechten Nutzung einfallender Solarstrahlung.Opake Hüllbauteile (wie 1-2), Transparente Hüllbauteile (wie 1-2), Innenwände (wie 1-1), Innendecken (wie 1-1)


3-2.1 WE IBSsan opt BST

• Simulation als raumweises Zonenmodell der einzelnen Wohneinheit im sanierten, solar-optimierten Bestand


• Interaktion des Gebäudes zur Fensterlüftung (ac), Heiz-verhalten (hc), Anwesenheitskontrolle (pcRR), Belichtung und Beleuchtung lc) und Verschattung (sc) in Abhän-gigkeit zur nutzergruppen spezifischen Sollwerten und Anwesenheitszeiten in Räumen

3-2.2 WE IBSsan opt BST Umg

• Simulation als raumweises Zonenmodell im sanierten, solar-optimierten Bestand mit angrenzenden Räumlich-keiten und heterogener Bewohnerstruktur

• ansonsten gemäß 3-2.1*1bauphysikalische Angaben von opaken und transparenten Umfassungsflächen basieren auf den Berechnungen des Simulationsprogramms IDA ICE, v.4.8 SP1

CCXVII I

Tab.: Gewählte Grundparameter zu nutzerspezifischen Vorstellungen des Innenraumkomforts

Ind. Komfortparameter Einh. zum Tragen kommende normative Einteilungen

Sollwert Ein-stellung der Simulationen (min - max)

Akzeptanzbandbereiten zur lfexiblen Handhabung im Zuge der KGI-Abwä-gung unterschiedlicher Interaktionen

A Thermischer Komfort1 Raumlufttemperatur (ƟL) [°C] DIN EN 15251:2012 *1

Wohnen Wohnräume Kat II 20 - 25Schlafen Wohnräume Kat III 18 - 25Sanitär Wohnräume Kat II 20 - 25

B Visueller Komfort*2

1 Beleuchtungsstärke (Ev) [lx]

Wohnen > 80Schlafen > 50Sanitär > 80

C Olfaktorischer Komfort1 Relative Luftfeuchte (RH) [%] DIN EN 15251:

2012 *3

Wohnen 20 - 60Schlafen 20 - 60Sanitär 20 - 60

2 CO2-Konzentration [ppm] DIN EN 15251: 2012 *4

Ausschuss für Innenraumrichtwerte *5

WohnenCO2 Konzentrationen oberhalb der Konzen-tration des Außenluft: Kat.I 350 ppm, Kat.II 500 ppm, Kat.III 800 ppm, Kat.IV >800 ppm

Leitwerte für Kohelndioxid (2008): 1) Hygienisch unbedenklich <1000 ppm2) Hygienisch auffällig 1000-2000 ppm 3) Hygienisch inakzeptabel >2000 ppm

700 - 1100bei nachgestellter Priorität des olfaktorischen Konforts wird kurzfristig eine maximal 2000 ppm erreichende Innenraumkon-zentration an CO2 geduldet

Schlafen 700 - 1100

Sanitär 700 - 1100

*1: DIN EN 15251:2012: „Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Deutsche Fassung EN 15251:2007“, Tabelle A.3*2: Annäherung an eine nutzungsbezogene Beleuchtungsstärke auf Grundlage von Angaben des Online Magazins (lampe.de (Hrsg., abgerufen: 2020)*3: DIN EN 15251:2012: „Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Deutsche Fassung EN 15251:2007“, NA.3.4*4: DIN EN 15251:2012: „Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Deutsche Fassung EN 15251:2007“, Tabelle B.4 *5: Ausschuss für Innenraumrichtwerte (vormals Ad-hoc-Arbeitsgruppe). Der Ausschuss für Innenraumrichtwerte bewertet Verunreinigungen der Innenraumluft und setzt bundeseinheitliche Richtwerte fest

Tab.: Grundeinstellungen der thermischen GebäudesimulationenInd. Name Einstellung Beschreibung

1 Natürliche LüftungDie Wohneinheiten werden manuell oder ge-bäudeautomatisiert über die szenarien-spezi-fisch vorhandenen Fensterflügel belüftet.

4.2.2. Parameter des thermischen Raumkomforts

I CCXVIII

Tab.: Bauteilqualitäten, getroffene Einstellungen thermischer Gebäudesimulationen

Ind. Bezeichnung Beschreibung Eigenschaften

Außenwand

1 Szen. Bestand Verputztes 2-schaliges Mauerwerk U=0,705 W/(m2K)

Glas 5,7mm

Glas 5,7mmLuft im SZR 12mm

Glas 5,7mm mit Low-E

Glas 5,7mm

Argon/Luft im SZR 12mm

Luftschicht 120mmGlas 5,7mm

Bestands-verglasung

Bestands-wand

Kasten-Fenster, Sanierung

gedämmte Wand, Sanierung

außeninnen

außen

Luft 50mm

Putz 20mmZiegel 115mm

Ziegel 240mmGips 20mm

außen

innen

innen

Luft 50mm

Putz 20mm

Ziegel 115mmDämmung XPS 80mm


außeninnen

2Szen. saniert und Szen. saniert, solar optimiert

Verputztes 2-schaliges Mauerwerk mit mode-rater Außendämmung als XPS

U=0,275 W/(m2K)

Glas 5,7mm



Glas 5,7mm



Bestands-verglasung

Bestands-wand



außeninnen

außen

Luft 50mm



außen

innen

innen

Luft 50mm

Putz 20mm



außeninnen

Fenster

1 Szen. Bestand2-Scheiben Verglasung mit Luft im Scheibenzwi-schenraum

Uw=2,859 W/(m2K); g=0,71; Tvis=0,79; Tsol=0,60

Glas 5,7mm



Glas 5,7mm



Bestands-verglasung

Bestands-wand



außeninnen

außen

Luft 50mm



außen

innen

innen

Luft 50mm

Putz 20mm



außeninnen

2Szen. saniert und Szen. saniert, solar optimiert

Kastenfenster mit 2-Scheiben Wärme-schutzverglasung aussen mit Low-E Be-schichtung und Argon/Luft-Gemisch (90/10) im Scheibenzwischenraum und 1-Scheiben Vergla-sung innen

Uw=1,206 W/(m2K); g=0,60; Tvis=0,66; Tsol=0,41

Glas 5,7mm



Glas 5,7mm



Bestands-verglasung

Bestands-wand



außeninnen

außen

Luft 50mm



außen

innen

innen

Luft 50mm

Putz 20mm



außeninnen

4.2.3. Bauphysikalische Eigenschaften der angesetzten wärmeübertragenden Hüllbauteile

CCXIX I

4.2.4. Wesentliche Regelungen der thermischen Gebäudesimulationen

Abb. 196: Air Control. Lüftungsregelung der Öffnungsflügel der ther-mischen Gebäudesimula-tion mit Vorrangregelung der Raumlufttemperatur gegenüber dem Kohlendio-xidgehalt der Luft.

Setpoints

Ambient

Zone

Schedulesignal

Openingsignal

Potenzial zum Lüften gegeben?

Dif > 2degC

Anwesenheit NG

-1

OUTPUT-FILE

OUTPUT-WinOpenLivingKitchen

Coolingsetpoint

signal1: Outdoor Temp is 2degC lower than Zone Temp

If all signals are ON,window is opened

signal2: Zone Tempis 1 degC lower thancooling setpoint

signal4: Resident is at home

Amb. airtemp.

Zone airtemp.

GreaterThan

> 16

SlideAvg

u If outside airTemp of last24h>16° than on

signal3: on/offcompaired toseason of theyear(winter=off) andaverage Temp of24h in past

Slide Averagecreates Averageof period of values

MAX

GreaterThan1

> 0.5

GreaterThan2

> 0.5

T

Heatingsetpoint

Zone airtemp.

signal7: Close window if minTemp is reached

OUTPUT-FILE

VariablenFensteröffnung

deadband -1 (even if the signal consurns heating!)

Tdeadband 1 (even that the signal effects cooling!) signal5: Open window if max

Temp is reached

MAX

T

Coolingsetpoint

Max CO2(ppm)

deadband -1signal6: Open window if maxCO2 is reached

PI2

mode 1signal8: Open window if Air Qualityis to poor (2x maxCO2)

MAX

I CCXX

Abb. 197: Shade Control. Verschattungs-Regelung des Sonnenschutzes der thermischen Gebäudesi-mulation

Abb. 198: Heat Control. Heizungs-Steuerung der Wohneinheiten der thermischen Gebäude-simulation.

Abb. 199: Light Control. Regelung der raumseitigen Beleuchtung der ther-mischen Gebäudesimula-tion, exemplarisch für den Bereich Wohnen.

Setpoints

Zone

Heatlingsignal

MAX

LessEqual

<= 0

T

GreaterThan

> 0.5

21 OUTPUT-FILE

IBS-Heating on/off

0.5

OUTPUT-FILE

variables for heatingsignal

signal1: Zone Temp is 0,5degC above the heatingsetpoint

Pi-Control with delay(Ti=3600 (1h))

signal4: Heating outside ofperiod in case of low Temp

signal3:heatingperiod

deadband -1 (although heating is requested)

Zone airtemp.

signal2:Resident at home

presence UG

heating period

singal0: deactivatecontrol signal duringuser absence by tellingcontrol Temp=22degC

0,5 degCabove setpoint If all signals are

ON, heating signalwill be send

Zone

Ambient

Schedulesignal

Ligthingsignal

T

100

GreaterThan

> 0.5presence NG

basic condition

Light on/off parameter of zone

Living areaLuminance lower 100lx andabsence of user, lights will be switched offLux to-value

Zone

Ambient

Setpoints

Schedulesignal

Shadingsignal

-1.5

PI

1

MAX

Signal to control shading consurned to schedule

Air Temp

max Temp <= cooling setpoint +1 outside Schedule

max Temp <= cooling setpoint -1,5 during Schedule

Pi-mode cooling 1

CCXXI I

Anl-5 Weitere Datengrundlagen

5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrauman-sprüchen

Die aufgeführten Gebäude bilden die Basis der in „Anl-2 Gebäudetypolo-gische Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche“ gezeigten Kennwerte zu Flächen- und Raumansprüchen im Wohnungsbau des europäischen Raums. Die Analysen beruhen auf betreuten studentischen Forschungs-arbeiten am Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen in den Seme-stern der Jahre 2017-2019.

Projekt Architekt Datie-rung

Stand-ort

Einfamilienhaus (EFH)Adaptable House GXN, Henning Larsen 2013 DK

Haus D Eberle Architekten 2016 DE

Haus der Gegenwart Allmann Sattler Wappner 2005 DE

Haus Reynard/Rossi-Udry savioz fabrizzi architects 2016 CH

Kinderheim in Lohbrügge J. MAYER H. und Partner Architekten mbB 2008 DE

Kleine Welle werk A architektur 2014 DE

Swiss House I Davide Macullo Architects 1998 CH

Wohn- und Atelierhaus Mühlestrasse Amrein Herzig 2013 CH

Wunschhaus #1 Heide von Beckerath Alberts Archi-tekten 1999 DE

+Energiehaus Architekten Stein Hemmes Wirtz 2012 DE

Reihenhaus (RH)Berta Morger + Dettli Architekten 2015 CH

Huizen Neutelings Riedijk Architecten 1996 NL

Osdorp Town Houses Atelier Kempe Thill 2008 NL

Patiohäuser in Amsterdam MAP Architectos 2000 NL

Wohnpark „Am Feld II“ Deutsches Reihenhaus AG -- --

Reihenhaus Classic 141 Wengerter Massivbau -- --

Doppelhaus (DH)Bauernhaus Vogelsang Amrein Herzig Architekten 2007 CH

Duett-D 130 1.5 Schwabenhaus -- --

Haus C Per Brauneck 2009 DE

Haus W Bayer & Strobel Architekten 2004 DE

Maastricht Schwabenhaus -- --

Mustersiedlung Hadersdorf, Haus 4 Steidle Architekten 2007 AT

Patchwork-Haus Pfeifer Kuhn Architekten 2005 DE

Vill Noldin architekten 2001 AT

Villa KBWW De Architektengroep bv / MVRDV 1997 NL

Zwei Wohnhäuser in Zürich Gigon / Guyer Architekten 1998 CH

Tab.: Berücksichtigte Gebäude zur Ermittlung zeitgenössischer Ansprüche an Wohnfläche und Wohnraum

CCXXII

Projekt Architekt Datie-rung

Stand-ort

Geschosswohnungsbau (GWB)A52 - Ten in one roedig.schop architekten 2005 DE

Badenerstrasse 380 pool Architekten 2010 CH

Briesestraße Neukölln EM2N 2015 DE

cb19 zanderroth architekten 2013 DE

Compatto Beat Jaeggli 2008 CH

Drug Addicts Hotel Atelier Kempe Thill 2012 NL

Erlenmatt-Areal West Züst Gbeli Gambetti 2015 CH

Gemeinde Stefan Forster Architekten 2012 DE

Gemeinschaftliches Wohnen Froetscher Lichtenwagner Architekten 2016 AT

Gemeinschaftswohnen Winterthur Seen Haerle Hubacher Architekten 2010 CH

Kalkbreite Müller Sigrist Architekten AG 2014 CH

Maigold Zita Cotti 2008 CH

Mehr als Wohnen Hunzikerareal Duplex Architekten 2013 CH

Min Max Wohn- und Geschäftshaus Edelaar Mosayebi Inderbitzin 2016 CH

Nieuw Zuid Housing Atelier Kempe Thill 2014 BE

Pile up am Rhein Zwimpfer Partner 2007 DE

Quartier 5, Frankfurt Riedberg Atelier 5 2009 DE

Roussillon pool Architekten 2014 CH

Sakura Nerma Linsberger 2016 AT

Samuel Ueli Zbinden 2000 CH

Shared-Living-Wohnhaus SEHW Architketur GmbH 2016 DE

Studenten-Wohnhochhaus Office Winhov & Office Haratori 2016 NL

Wohnanlage in Dornbirn B & E Baumschlager-Eberle 2001 AT

Wohnanlage in Hannover Fink + Jocher 1999 DE

Wohnanlage in Meran Holzbox tirol 2003 IT

Wohnanlage in Zürich EM2N 2003 CH

Wohngebäude Tuggen Meili & Peter Architekten 2008 CH

Wohnhäuser KNSM - und Java-Eiland Diener & Diener Architekten 2001 NE

Wohntürme in Konstanz Ingo Bucher-Beholz 1995 DE

Zwei Wohngebäude in München Rohnke Hild und K 2004 DE

Hochhaus (HH)

Apartmenthaus Lyoner Straße Stefan Forster Architekten 2010 DE

Isarbelle Hochhaus Hierl Architekten 2013 DE

Wohnhochhäuser am Hirschgarten Allmann Sattler Wappner 2013 DE

Silverline Tower Claus en Kaan Architecten 2001 NL

Drittes Sternhaus Steidle Architekten 2007 DE

Wienerberg Apartments Delugan Meissl Architekten 2005 AT

Tab.: Berücksichtigte Gebäude zur Ermittlung zeitgenössischer Ansprüche an Wohnfläche und Wohnraum

29 I

CCXXIII

Anl-6 Literaturverzeichnis

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Abb. 1: Entwicklung der Anzahl privater Haushalte in Deutschland bis 2035. Ergebnisse und Prognose der Haushaltsvoraus-berechnung 2017. Quelle: a.G. Statistisches Bundesamt (Hrsg.) (2017) 17

Abb. 2: Inhaltlicher Aufbau der Dissertation 21

Abb. 3: Analytische Verfahrensweise 21

Abb. 4: Eindrücke und Ansätze von Suffizienz und Interaktion in Architektur. Quelle: Architektur & Suffizienz (von oben links nach unten rechts) (1) Quinta Monroy, Architektur: Elemental, Fotografie © Cristobal Palma / Estudio Palma; (2) Wohn-/Geschäftshaus Badener Straße 380, Architektur: pool Architekten, Fotografie: © Guiseppe Micciché; (3) R50, Architektur: Heide & von Be-ckerath, Fotografie: Andrew Alberts; (4) Moriyama House, Ar-chitektur & Fotografie: Office of Ryue Nishizawa; (5) Kalkbreite, Architektur & Fotografie: Müller Sigrist Architekten, (6) Das gelbe Haus Flims, Architketur: Valerio Olgiati, Fotografie: Ralph Feiner, (7) La Cité Manifeste, Architektur: Lacaton & Vassal, Foto-grafie: © Phillippe Ruault, (8) Eingangsraum der 15. Internationalen Architekturausstellung, la Biennale di Venezia, »Reporting from the Front«, Installation: Alejandro Aravena, (9) LifeEdited Apartment, Innenarchitektur: Graham Hill, Fotografie: © Matthew Williams, (10) Casa Atlas, Architektur: Estudio Macias Peredo Architektur & Interaktion (von oben links nach unten rechts) (1) Diogene, Architektur: Renzo Piano Building Workshop, (2) Solar Decathlon Häuser 2007 und 2009 der TU Darmstadt, Ar-chitektur: Team Germany Solar Decahtlon 2007 und 2009, TU Darmstadt, (3) Kunstmuseum Basel, Architektur: Christ & Gan-tenbein, (4) Musée du quai Branly, Architektur: Jean Nouvel, (5) Cineroleum, Architektur: Assemble, Fotografie: Zander Olsen, (6) Aktivstadthaus, Architektur: HHS Planer + Architekten AG, (7) Touchcrete, Design & Fotografie: © Forschungsplattform Bau Kunst Erfinden, (8) Innenraum eines traditionellen japa-nischen Hauses in Kyoto, (9) Haus M, Architektur & Fotografie: Duplex Architekten, (10) Egocity, Architektur & Fotografie: MVRDV, (11) FutureHaus, Architektur: Solar Decahtlon Team Virginia Tech, Center for Design Research Fotografie: © Eric Thorsen, Thorsen Photography, (12) Mit dem Mönch am Meer, Kunstprojekt: Mönch am Meer von Caspar David Friedrich in Virtual Reality, Alte Nationalgalerie Berlin, 2019, Fotografie: Elisabeth Klein, (13) Innenraum des ihomeLab, Architektur: Hochschule Luzern, (14) Care-O-Bot4 © Fraunhofer IPA 23

Abb. 5: Eine qualitative Bewertung zur Entwicklung des Anspruchs an Gebäude in Abhängigkeit zur Nachhaltigkeit und medi-alen Interaktion durch Vernetzung. Quelle: a.G. Boeing (2018), Deloitte (Hrsg.), TU-München (Hrsg.) (2015), Gardizi (2009), WCED (Hrsg., 1987) 24

Abb. 6: Auswahl betrachteter Länder des Global Footprint Network, Edition 2018 zur Abbildung länderbezogener ökologischer Fußabdrücke. Die Werte basieren auf den Berechnungsme-thoden der NPO. Die länderbezogenen Werte beschreiben eine fiktive Nachfrage der Bevölkerung nach natürlich zur Verfügung stehenden Ressourcen, wenn die gesamte Menschheit gemäß dem heute bestehenden Standard des dargestellten Landes leben würde. Quelle: a.G. Global Footprint Network (Hrsg.) (2018) 26

Anl-7 Abbildungsverzeichnis

Abb. 7: Entwicklung des personenbezogenen Flächenbedarfs im Wohnungsbau in Deutschland seit dem Jahr 2000 kombi-niert mit der Entwicklung der Ausstattungsmerkmale für den Bereich Wohnen. Quelle: a.G. Umweltbundesamt (Hrsg.) (2019b) und Desta-tis (Hrsg.) (2017) 27

Abb. 8: (1) Gesamtprimärenergieverbrauch in Deutschland unterteilt nach eingesetztem Energieträger; (2) Vergleich europaweiter Treibhausgas-Emissionen pro Person für das Jahr 2016 (CO2 äquivalent). Quelle: (1) a.G. AGEB (Hrsg.) (2017), (2) a.G. Umweltbun-desamt (Hrsg.) (2018) und Statista (Hrsg., 2016) 28

Abb. 9: Säulenmodell der Nachhaltigkeit: (1) „Schwache Nachhaltigkeit“; verfolgt einen anthropozen-trischen Ansatz, wodurch der Anspruch des Menschen als maßgebende Ausgangsgröße in den Mittelpunkt gerückt wird; (2) „Starke Nachhaltigkeit“; beschreibt einen ökopo-zentrischen Ansatz, nachdem sich das Handeln und Wirken an der Umwelt und dessen natürlichen Grenzen orientiert; (3) „Ausgewogene Nachhaltigkeit“; ein öko-anthropozent-rischer Ansatz, der die Entwicklung des Menschen in Ein-klang bringen möchte mit den natürlichen Gegebenheiten der Umwelt. Quelle: a.G. nachhaltigkeit.info (Hrsg.) (2015) 29

Abb. 10: Qualitative Betrachtung der Entwicklung nachhaltigen Bauens auf Basis des Säulenmodells der Nachhaltigkeit mit dem heutzutage bereits in weiten Teilen entwickeltem Bereich der Effizienz und Handlungsbedarfen in den Be-reichen der Suffizienz und Konsistenz. 30

Abb. 11: Nachhaltigkeitsstrategien im Bauen auf Grund des Säulenmodells starker Nachhaltigkeit. 31

Abb. 12: Bestrebungen zur Entwicklung eines langfristig energetisch robusten und klimagerechten Gebäudebestand mit (1) Pilotanwendungen, wie dem AktivStadthaus in Frankfurt am Main (Architektur: HHS Planer + Architekten AG), (2) quartiersbezogenen Betrachtungen, wie am Beispiel des Stadtteil HH-Lokstedt oder (3) dem Schweizer gesamt-gesellschaftlichen Ansatz zur Minimierung individueller Ansprüche im Rahmen der 2000-Watt-Gesellschaft. Quelle: (1) Schematische Darstellung des Energiekon-zeptes des AktivStadthauses inklusive exemplarischer Darstellung des zum Einsatz kommenden Nutzerinter-faces, Architekt: HHS Planer + Architekten, © Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt, (2) Anwendung des UrbanReNet-Tools im Rahmen der energe-tischen Analyse des Stadtteils Hamburg-Lokstedt, Dettmar, Yoon, Drebes et al. (2017) , (3) Logo der 2000-Watt-Ge-sellschaft, https://www.local-energy.swiss/profibereich/profi-instrumente/2000-watt-gesellschaft/weltformel.html#/ 32

Abb. 13: Abfallaufkommen (brutto u. netto) in Deutschland mit 60% Anteil durch Bau- und Abbruchabfälle (inkl. Straßenab-bruch) [Mt]. Quelle: a.G. Umweltbundesamt (Hrsg.) (2017) 33

I CCXLII

Abb. 14: Endenergieverbrauch in Deutschland unterteilt nach Sek-toren [TWh]. Quelle: a.G. DIW (Hrsg.), EEFA (Hrsg.) (2018) 33

Abb. 15: Die Entwicklung des Endenergiebedarfs [TWh] privater Haushalte im Zeitraum zwischen 1990 bis 2016 im Kontext der Preisentwicklung für Strom und der Bevölkerungsent-wicklung in Deutschland. Quelle: a.G. AGEB (Hrsg.) (2020), Destatis (Hrsg.) (2018), Statistisches Bundesamt (Hrsg.) (2020) 33

Abb. 16: The first law of Kipple. © Dan Tobin Smith Quelle: Dan Tobin Smith Studio Ltd 34

Abb. 17: Diogenes in der Tonne. Quelle: projekt.gutenberg.de 36

Abb. 18: Recycling des Raums als Suffizienzansatz zum angemes-senen Umgang mit der gebauten Umwelt. In Anlehnung an die Wiederverwendung und Verwertung von Rohstoffen definiert das Recycling des Raums die Wiederverwendung, Weiter- und Umnutzung der Ressource Haus 39

Abb. 19: Minimum maximieren. (1) Minihäuser in Osaka, Japan, Architekt: unbekannt, (2) Tiny House in Washington D.C., USA, Architekt: unbekannt, (3) LifeEdited Apartment, New York USA, Architekt/Design: Graham Hill, (4) Cubity. Forschungsprojekt der TU Darmstadt, Architekt/Design: Studierendenteam der TU Darmstadt. Quelle: (1,2) eigene Fotografie; (3) credit Matthew Williams for LifeEdited; (4) eigene Fotografie 39

Abb. 20: Weiterbauen, nutzen und erhalten. Beispiel eines Umbaus zum Erhalt eines Bauernhauses aus dem 19. Jhdt, Architek-tur: Peter Haimerl. Architektur. Quelle: Zeichnung: Peter Haimerl. Architektur; Fotografie (1) © edward beierle fotodesign; (2) © Jutta Görlich 40

Abb. 21: Partizipation. Wohnregal in Berlin Kreuzberg, Realisierung im Rahmen der internationalen Bauausstellung 1987 als partizipatives Konzept, dass den späteren Bewohnern erlaubte die eigene Wohnung individuell auszubauen. Archi-tektur: Peter Stürzebecher, Kjell Nylund, Christof Puttfarken. Quelle: Hrsg. Bauausstellung Berlin GmbH, Arbeitsgruppe Stadterneuerung Luisenstadt. Red.: Peter Kurt (= IBA Stad-terneuerung. Berichte zur Stadterneuerung in Kreuzberg, März 1984, 1 Faltblatt) 40

Abb. 22: Handlungsspielräume der Suffizienz zur Verbesserung des Ressourceneinsatzes (inkl. Energie) im Wohnungsbau mit einem an der Nutzung ausgerichteten Optimum, dass durch eine moderate Anwendung von Suffizienz-Maßnahmen erreicht wird und nach Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012) potenziell Primärenergieeinsparung von bis zu 27% erzielen kann. Quelle: a.G. Brischke, Leuser, Duscha et al. (2016) und Pfäffli, Nipkow, Schneider et al. (2012) 41

Abb. 23: Suffizienz, Effizienz und Konsistenz. Bereiche zur Beein-flussung des baulichen Ressourceneinsatzes. 42

Abb. 24: Einflussebenen Gebäude-bezogener Suffizienz (GeS) mit dem Suffizienzoptimum als anzustrebendes, ausgewo-genes Verhältnis zwischen Aspekten der Raumsuffizienz (RaS), Nutzungssuffizienz (NuS) und Techniksuffizienz (TeS). 43

Abb. 25: Minimum maximieren. Moriyama House in Tokyo, Japan, Architektur: Office of Ryue Nishizawa. Quelle: Fotografie 2, 5: © Office of Ryue Nishizawa; Foto-grafie 1, 3, 4, 6, 7: © Markus Kirchgessner Photographie 44

Abb. 26: Teilen und kombinieren. Konzepte des Teilens von Architek-tur und Objekten am Beispiel verschiedener Wohngebäude die nach den Kritierien der 2000-Watt-Gesellschaft entstan-den sind: (1) Wohn-/Geschäftshaus Badener Straße 380, Architektur: pool Architekten; (2) Kalkbreite, Architektur: Müller Sigrist Architekten; (3) Dialogweg 6 / Die Innenstadt, Architektur: Duplex Architekten. Quelle: (1) Fotografie: © Guiseppe Micciché; (2) Fotografie: © Müller Sigrist Architekten; (3) Fotografie: © Johannes Marburg; 45

Abb. 27: Aneignen und weiterbauen. Quinta Monroy, Architektur: ELEMENTAL. Quelle: Fotografien: © Cristobal Palma / Estudio Palma 46

Abb. 28: Akzeptanz und Bindung. Alt-Erlaa Wohnpark, Architektur: Arge Harry Glück & Partner, Kurt Hlaweniczka und Requat & Reinthaller. Quelle: Fotografie: Hertha Hurnaus 46

Abb. 29: Partizipieren. R50, Co-Housing Baugruppenprojekt in Berlin Kreuzberg, Architektur: ifau und Jesko Fezer I Heide & von Beckerath. Quelle: Zeichnungen ifau und Jesko Fezer I Heide & von Beckerath 47

Abb. 30: Umnutzen. Sanierung und Umnutzung des Magdas Hotel der Caritas Erzdiözese in Wien, Architektur: AllesWirdGut Architektur ZT GmbH. Quelle: Fotografien: © AllesWirdGut / Guilherme Silva da Rosa 47

Abb. 31: Analyseebenen von Wohnungsbauten zur Ermittlung zeit-genössischer Wohnansprüche. Quellen: a. G. studentischer Forschungsarbeit Glaab (2017), TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 50

Abb. 32: Analysebeispiel zur Ermittlung von Raum- und Flächenan-sprüchen im Wohnungsbau am Beispiel des Osaka House, Fujiwara Muro Architects. Gliederung des Gebäudes in funktional gleiche Nutzungseinheiten als Grundriss, Ansicht und dreidimensionale Raumentwicklung zur Erfassung der zugehörigen Flächen und Raumvolumen. Quellen: Darstellung entnommen studentischer For-schungsarbeit Kierstein (2019), TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 51

CCXLIII I

Abb. 42: (rechte Seite) Mit dem Titel „Die Multimedia-Zukunft“ prognostizierte exemplarisch bereits Der Spiegel im Jahr 1996 den Wandel zu mehr Vernetzung und Technik. Seither finden sich in unterschiedlichen Bereichen des Alltags Interaktions- und Kommunikationsformen zwischen Mensch und Maschine wieder. Die prototypischen Anwendungen der Kunstprojekte (2) Natural Fuse, 2008 und (3) I am Hear to learn, 2018, sowie die (3) Augmented-Reality-Anwendung im Rahmen der Ausstellung „Mit dem Mönch am Meer“, Alter National-galerie Berlin, 2019 illustrieren exemplarisch die Tragweite die sich aus dem Thema entwickeln wird. Quelle: (1) Spiegel Spezial, 1996, SPIEGEL-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG: Spiegel special. Die Multimedia-Zu-kunft, Hamburg. (2) Kunstprojekt Natural Fuse, 2008, © Usman Haque. (3) Mit dem Mönch am Meer, Kunstprojekt: Mönch am Meer von Caspar David Friedrich in Virtual Reality, Alte Natio-nalgalerie Berlin, 2019, Foto: Elisabeth Klein. (4) Maschinelles Portraitieren im Rahmen der Ausstellung „I am here to learn“, Kunstverein Frankfurt, 2018, Foto: Biljana Stefanovska. (5) Persuative Computing durch Verhaltensvisualisierung in Stock-holm, Schweden und Vaasa, Finnland, eigene Fotografien 60

Abb. 43: Das interaktionsfähige Gebäude. 62

Abb. 44: Entwicklung des Datenvolumens im stationären Breitband-Internetverkehr in Deutschland von 2001 bis 2019 (in Milliarden Gigabyte pro Jahr) im Vergleich zur Entwicklung des Energiebedarfs von traditionellen, Edge- und Cloud-Rechenzentren in Deutschland. Quelle: a.G. Statista (Hrsg., 2020) und Hintemann (2020) 62

Abb. 45: Das vernetzte Haus. Explizite und implizite Funktionen als Interaktionsmöglichkeiten eines Gebäudes. Ergänzt um An-wendungsbeispiele für Vernetzungen erster bis dritter Ordnung. Quelle: eigene Darstellung ergänzt um Beispielanwen-dungen 1.Ordnung: Innenraum eines traditionellen japa-nischen Hauses, eigene Fotografie; Fassadendetail eines Schweizer Berghauses, eigene Fotografie. 2.Ordnung: Patchworkhaus, Architektur: Pfeifer Roser Kuhn Archi-tekten, Fotografie: © Ruedi Walti; Lichtsteuerung durch sensitive Oberfläche, © Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN. 3.Ordnung: Fassadenintegrierte Photovoltaik, eigene Fotografie; Multimediafassade als Ziegelmauerwerk, eigene Fotografie 63

Abb. 46: Beispiele gebäude-bezogener Anwendungsfälle interner und externer interagierender, technischer Serviceleistungen von (1,2) automatisch agierenden oder durch (3) akustische Signale reagierenden Einzelanwendungen bis hin zu einer (4) gebäudeintegrieten, non-verbale Signale verarbeitenden künstlichen Gebäudeintelligenz (KGI). Quellen: (1) Rasenmäher-Roboter, eigene Fotografie, (2) Reinigungsroboter für Swimmingpools in Washington D.C., USA, eigene Fotografie, (3) Haushalts-Service-Roboter, Fraunhofer IPA, Fotografie: Rainer Betz, (4) Konzept intelli-genter Gebäude-Sensorik für Seniorenwohnen im ihome-Lab, Luzern, Schweiz, Architektur: Hochschule Luzern, Prof. Alexander Klapproth, eigene Fotografie. 64

Abb. 47: Veränderte Nutzungsweise und Wahrnehmung von Räu-men auf Grund steigender interner Interaktionsmöglich-keiten durch beispielsweise (1) Augmented Reality und (2) Pervasive Computing Konzepte. Quelle: (1) DFKI GmbH, Grafik: Annemarie Popp, (2) © Eric Thorsen, Thorsen Photography 66

Abb. 33: Piktogrammatischer Vergleich räumlicher Ausdehnung un-terschiedlicher Gebäudetypen im Vergleich zum allgemei-nen Durchschnitt für mitteleuropäischen Wohnungsbau (o. Maßstab): Allgemeiner Durchschnitt (allg.), Geschosswoh-nungsbau (GWB), Punkthochhaus (HH), Reihenhaus (RH), Doppelhaus (DH), Einfamilienhaus (EFH). Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbe-werbe der Jahre 2000 bis 2018 aus Deutschland, Nieder-lande, Österreich und der Schweiz, i. R. der studentischen Forschungsarbeit Dix-Landgraf (2019) und Glaab (2017), sowie studentischer Arbeitsergebnisse der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 52

Abb. 34: Raum-Nutzung Diagramme (R-N-Diagramm), mit Darstel-lung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche im mitteleuropäischen Raum (M 1:500): (1) Allgemeiner Gesamt-durchschnitt aller untersuchten Wohngebäudetypen, sowie als Medianwerte zum (2) Einfamilienhaus und (3) Doppelhaus. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbe-werbe der Jahre 2000 bis 2018 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz, i. R. betreuter studentischer Arbeiten von Dix-Landgraf (2019) und Glaab (2017), sowie Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017 zusammengetragen, alle TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 53

Abb. 35: Beispiele typischer Wohnungsbauten in Deutschland als (1) Einfamilienhaus, (2) Doppelhaus, (3) Reihenhaus, (4) Geschosswohnungsbau und (5) Wohnhochhaus. 54

Abb. 36: Raum-Nutzung Diagramme (R-N-Diagramm) mit Darstel-lung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche im mitteleuropäischen Raum (M 1:500): (4) Reihenhaus, (5) Geschosswohnungsbau (6) Hochhaus. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbe-werbe der Jahre 2000 bis 2018 aus Deutschland, Niederlan-de, Österreich und der Schweiz, i. R. betreuter studentischer Arbeiten von Dix-Landgraf (2019) und Glaab (2017), sowie Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017 zusammengetragen, alle TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 55

Abb. 37: Die wachsende Vernetzung des eigenen Wohnraums im Kontext des zunehmend vernetzten Umfelds. 56

Abb. 38: Entwicklung steigender Verantwortung von Architektur. 58

Abb. 39: Vernetzung schafft Interaktion (Bsp. visuelle Ver-netzung). 59

Abb. 40: Unterschied zwischen Vernetzung und Interaktion. Vernetzung definiert die Infrastruktur über die Interaktion, ein Austausch zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern erfolgt. 59

Abb. 41: Das Organonmodell der Kommunikation unter Einbindung einer baulichen Intelligenz (KGI): (1) Klassische Form des Austauschs innerhalb von Gebäuden und (2) die Einfluss-möglichkeit durch die Einbindung eines interaktionsfähigen Gebäudes als weiteren Kommunikationspartner. Quelle: eigene Darstellung nach Winkler (2010) a.G. Bühler, Karl: Sprachtheorie. Die Darstellungsfunktion der Sprache. Jena 1934 60

bb. 32: Analysebeispiel zur Ermittlung von Raum- und Flächenan-sprüchen im Wohnungsbau am Beispiel des Osaka House, Fujiwara Muro Architects. Gliederung des Gebäudes in funktional gleiche Nutzungseinheiten als Grundriss, Ansicht und dreidimensionale Raumentwicklung zur Erfassung der zugehörigen Flächen und Raumvolumen. Quellen: Darstellung entnommen studentischer For-schungsarbeit Kierstein (2019), TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen 49

I CCXLIV

Abb. 48: Gebäude-morphologische Auswirkungen auf Grund exter-ner Vernetzungen zur optimierten Nutzung (1) passiver und (2) aktiver Solarenergiegewinne. 67

Abb. 49: Konzept der Walking Cities der Architektengruppe Archi-gram und die Inspiration der Wohnmaschine der Unité d’Habitation des Architekten Le Corbusier. 68

Abb. 50: Die Vernetzung und Digitalisierung des Alltags ermöglicht Nutzern von Wohngebäuden vielseitige Medien und Opti-onen zur Interaktion im Umgang mit Gebäuden und dessen Umfeld anzuwenden. Welche Services sind im Hinblick auf die Nutzung angemessen und wie kann Architektur darauf reagieren? Quelle: a.G. Vito-NV (Hrsg., 2018) und Statista (Hrsg., 2019b) 69

Abb. 51: Vernetzte, interagierende Architektur. Pilotprojekte im Rahmen der Solar Decathlon Wettbewerbe: (1) Solar Decathlon Middle East 2018, Architektur: Team Virginia Tech, (2) Solar Decathlon 2009, Architektur: Team TU Darmstadt, (3) Solar Decathlon 2007, Architektur: Team TU Darmstadt. Quelle: (1) © Eric Thorsen, Thorsen Photography, (2) eige-ne Fotografie, (3) © smartscript 70

Abb. 52: (1) Kunstmuseum Basel, Architektur: Christ & Gantenbein; (2) Arab World Institute, Architektur: Atelier Jean Nouvel 71

Abb. 53: Smart Readiness Indicator (SRI). Der SRI ist ein im Auftrag der „European Commission Directorate-General for Energy“ entwickeltes und freiwillig anwendbares Schema zur Bewer-tung der Intelligenz eines Gebäudes. Es wurde auf Vorgabe der EU-Gebäuderichtlinie (EPBD) entwickelt und ist anwendbar auf Bestandsimmobilien, wie auch auf Neubauten. Quelle: a.G. Vito-NV (Hrsg., 2018) und Verbeke, Waide, Bett-genhäuser et al. (2018) ergänzt um eigene Grafikelemente 73

Abb. 54: Einflussebenen von Energiesuffizienz im Gebäude 75

Abb. 55: Visualisierung eines Prototypen des solaradaptiven polyfunktio-nalen Fassadenprinzips des Forschungsprojektes „benefit E2“ in Form eines Luftkollektors mit bedarfsgerecht adaptierbaren Photovoltaik-modulen am Beispiel einer Bürofassade. Quelle: Wurzbacher, Drebes, Kuhn et al. (2018) 76

Abb. 56: Beispielanwendung einer Gebäude- und Sensortechnik zur nutzergerechten Temperatur- und Feuchtigkeitsrege-lung eines Wohnblocks in Helsinki, Finnland. Das zentrale Scada-System (SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition) koordiniert über Funkverbindungen zu 150 Feuchtigkeits- und Temperatursensoren die Heizsysteme jeder Wohneinheit separat und passt gemäß den Bewoh-nervorstellungen bedarfsgerecht den Heizvolumenstrom automatisch an. Quelle: © Leanheat Oy, Lauri Leppä, Helsinki 78

Abb. 57: Projektion anstatt Realität. (1) Badspiegel des FutureHaus der Virginia Tech mit projizierten Informationen für den Benutzer, (2) Augmented Reality Anwendung „Desktopo-graphy“ zeigt beispielhaft wie digitale Schreibtischanwen-

dungen aussehen könnten (physical-virtual mixed desktop). (3) In der Installation „Truth is Beauty“ vom Künstler Marco Cochrane werden auf künstlerische Art physische und aus Licht geschaffene Realitäten kombiniert. Quelle: (1) Solar Decahtlon Team Virginia Tech, Center for Design Research, Fotograf: © Eric Thorsen, Thorsen Photography; (2) Xiao, Hudson, Harrison (2017); (3) eigene Fotografie der Installation „Truth is Beauty“ im Rahmen der Ausstellung „No Spectators: The Art of Burning Man“, Künstler: Marco Cochrane, SAAM Renwick Gallery, Washington, USA 2018 80

Abb. 58: Forschungen des Car-O-Bot3 einem mit Bewohnern intera-gierendem Haushalts- und Pflege-Assistenten. Quelle: © Fraunhofer IPA, Fotografie: (1,2) J. Kilian, (3) Dussmanngroup, Ecke 82

Abb. 59: Sensitive Oberflächen. (1) Berührungssensitive Textilien der Projektforschung „ConText“ und berührungssensitive Betone, wie im Projekt (2) „TouchCrete“, sowie bewegungs-sensorisch aktivierte Oberflächen im Projekt (3) „Wall++“ zeigen exemplarische Forschungen die Raumoberflächen selbst als Interface zur Interaktion einzusetzen. Quelle: (1) © DFKI GmbH, (2) © Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN. (3) © Disney 82

Abb. 60: Wachsende Vernetzung von Architektur, Natur/Ressource und Technik. Installation „Another Generosity“ im Nordic Pavillon der Bienna-le de Venezia 2018, Kurator: Aero Lundén. 84

Abb. 61: Externe Interaktion. Medienfassade der Erweiterung des Kunstmuseum Basel. 86

Abb. 62: Eigen- oder Gemeinschaftsnutzungsgrad fördern. Das Gebäude als dezentraler Energieproduzent am Beispiel des (1) selbstversorgenden Minihaus Diogene, Architek-tur: Renzo Piano Building Workshop; (2) oder im Rahmen „vernetzter“ Mobilität, wie in Umeå, Schweden mit elektrisch beheizten parkenden Autos während der Wintermonate. 86

Abb. 63: IBS - Interactive Building Sufficiency. Grafischer Auszug des entwickelten Werkzeugs zur Be-wertung der Angemessenheit im Umgang mit Energie im Gebäude durch Erhöhung der technischen Interaktionsfä-higkeiten. 89

Abb. 64: Schema der Divide-And-Conquer-Strategie als ein Prinzip zur Lösungsfindung komplexer Problemstellungen. Die Lösung ein-zelner Teilprobleme erreicht eine Lösung für das Gesamtproblem zu finden. Das Ausgangsproblem P wird in die Teilprobleme P1 bis Pn aufgelöst. Die resultierenden Teillösungen S1 bis Sn bilden in Kombination eine Gesamtlösung S des Problems ab. Quelle: a.G. de.wikipedia (Hrsg., 2018) 90

Abb. 65: Modell zur Untersuchung von Potenzialen gesteigerter Energiesuffizienz durch Interaktion im Gebäude. Exempla-rische Simulation interner, und intermediärer Ansätze potenziell Suffizienz fördernder Interaktionseigenschaften von Gebäuden, am Beispiel einer Blockrandbebauung in Frankfurt am Main als Geschosswohnungsbau mit heterogener (vergleichend mit homogener) Bewohnerstruktur. 91

CCXLV I

Abb. 66: Untersuchter Wohnungsbau als (3) Mittelhaus in innerstäd-tischer Blockrandbebauung mit (4, rechte Seite) achsen-symmetrischem Grundriss und (2) bauhistorisch typischer straßenseitiger Schmuckfassade und südorientierter Innen-hoffassade. (1) Die vorhandene Bewohnerstruktur ist mit Ein- bis Mehrpersonen-Haushalten heterogen ausgeprägt. Quelle: eigene Schnitt und Grundrisszeichnungen auf Basis der Bestandsunterlagen 92

Abb. 67: R-N-Diagramm (Median) der Projektstudie FFM. Vergleich des Raumvolumens [cbm] und Anspruchs an Fläche [qm] der untersuchten Wohneinheiten der Projektstudie im Vergleich zum allgemeinen R-N-Diagramm als Medianwerte des Ge-schosswohnungsbaus für Mitteleuropa (m 1:250) zur Abschät-zung der Raum- und Flächensuffizienz. Quelle: a.G. von Studienprojekten von D. Glaab, L. Dix-Landgraf 94

Abb. 68: R-N-Diagramm (Minimum) der Projektstudie FFM. Ver-gleich des Raumvolumens [cbm] und Anspruchs an Fläche [qm] der untersuchten Wohneinheiten der Projektstudie im Vergleich zum allgemeinen R-N-Diagramm als Minimalwerte des Geschosswohnungsbaus für Mitteleuropa (m 1:250) zur Abschätzung der Raum- und Flächensuffizienz. Quelle: a.G. von Studienprojekten von D. Glaab, L. Dix-Landgraf 95

Abb. 69: Beispiel eines Tinyhouses in Washington D.C., USA als Kon-zept minimierter und mobiler privater Wohnräume. Quelle: Architekt unbekannt 96

Abb. 70: Minimierter privater Individualraum zu Gunsten der Maxi-mierung von Gemeinschaftsräumen des Cubity der TU Darm-stadt als Modellprojekt zukunftsweisenden Clusterwohnens im Rahmen des Solar Decathlon Europe 2014 in Versailles. Quelle: Architektur: Studierendengruppe der TU Darmstadt in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Entwerfen und Ge-bäudetechnik und Entwerfen und Energieeffizientes Bauen der TU Darmstadt 96

Abb. 71: Wohnraum - Küchenraum - Erschließungsraum. Wandel-bares Mobiliar als Beispiel raumbezogener Nutzungsdichte. Quelle: Architektur: Estudio Macias Peredo 97

Abb. 72: Beispiel zur Flexibilisierung nutzbarer Raumansprüche in Blockrandstrukturen. Konzept zum Weiterbauen von Blockrandbebauung wodurch im Gebäude die Vielfalt an Wohnraumangeboten und Belegungsmöglichkeitenwächst und unterschiedlichen Haushaltsgrößen zur Wahrung heterogener Bewohnerstruktur adequate Raumangebote bieten kann. 98

Abb. 73: Beispiele baustruktureller Lösungen zur innenräumlichen Komfortoptimierung. Die hochtransparenten Pufferräume erzielen eine temporäre Erweiterung der Wohnräume in den Übergangsphasen und erlauben durch den transparenten Pufferraum während der Heizperiode solare Erträge zu ma-ximieren. Die Fotos zeigen Aufnahmen verglaster Loggien und Balkone in Nordeuropa mit elementierten, regelbaren Glaselementen. 99

Abb. 74: Beispiel technischer Lösungen einer gesteigerten innenräum-lichen Interaktionsfähigkeit von Gebäuden am Beispiel des futureHaus der Virginia Tech, USA als Gewinnerbeitrag zum Solar Decathlon Middle-East 2018. Quelle: Solar Decathlon Team Virginia Tech, School of Architecture + Design, Center for Design Research, Prof. J. Wheeler, Fotografie: © Eric Thorsen, Thorsen Photography 100

Abb. 75: Auszug der Ergebnisse des Forschungsprojektes benefit E2 zu Gebäudetyp abhängigen Betrachtung von geeigneten Anteilen der Hüllfläche zur Solarenergienutzung. Die Gra-fiken zeigen die als „Solarer Fingerabdruck“ bezeichneten typischen und theoretisch nutzbaren Flächenpotenziale zur solaraktiven Energiegewinnung der Gebäudehüllflächen in hofförmig organisierten Gebäuden, dargestellt unterteilt nach Dach- und Fassadenflächen und der Betrachtung des Gesamtgebäudes. Der Zusatz RED2 bezeichnet, dass in den abgebildeten Diagrammen prozentuale Anteile für Fremdverschattungen und strahlungs-mindernde Einflüsse durch Umgebungen und untergeordnete Bauteile berück-sichtigt wurden. (1) Typische Anteile solar exponierter Dachflächen hofförmiger Gebäude; (2) Typische Anteile solar exponierter Wandflächen hofförmiger Gebäude; (3) typische Anteile solar exponierter Hüllflächen (gesamt) hofförmiger Gebäude. Quelle: Wurzbacher; Drebes; Kuhn et al. (2018) 102

Abb. 76: Bestandssituation zur Verteilung elektrisch-relevanter Servi-ceanwendungen und Intensität der Nutzung von Elektrizität im Tagesverlauf des Gesamtgebäudes in Frankfurt am Main. Differenziert nach den Typtagen WKT und WET. Die grafische Darstellung zeigt auf Grundlage der entwi-ckelten Nutzergruppenprofile die tageszeitliche Vertei-lung elektro-energetischer Bedarfe resultierend aus der zeitlichen Verwendung energierelevanter Ausstattungen. Gegenübergestellt werden die Bedarfe den Erträgen an Solarstrom aus Photovoltaik bei einer 50% Belegung der südorientierten Dachfläche und Wirkungsgraden (WKG) von 8% (organisch) bzw. 17% (polykristallin). Quelle: a.G. des IBS-Bertungstools ergänzt um statistische Werte a.G. Destatis (Hrsg.) (2019), Statistisches Bundes-amt (Hrsg.) (2019). 105

Abb. 77: Übersicht der angewendeten Interaktionsmöglichkeiten des Gebäudes zur Beeinflussung des Energiehaushalts für den Bereich Strom im Wohnungsbau. 106

Abb. 78: Demand Shift. Schematische Darstellung der Interakti-onsstrategie zur Verschiebung tageszeitlich unabhängiger Energiebedarfe zu Gunsten der Erhöhung des Eigennut-zungsgrades gebäudebezogen, gewonnenen Solarstroms. 107Abb. 79: Credit Shift. Schematische Darstellung der Interaktionsstra-tegie zur zeitlich versetzten Verwendung von Überschüssen an Solarstrom zur Deckung prognostizierter Lastspitzen in Phasen des Tages mit elektro-energetischer Unterdeckung. 107Abb. 80: Schematische Darstellung der Gebäude-KI gestützten Anwen-dung zur tageszeitlichen Lastverschiebung bei Bewohnerprä-senz unabhängigen Serviceangeboten - Demand Shift. (1) dezentral, privat; (2) zentral, gemeinschaftlich. 108

I CCXLVI

Abb. 81: Demand Shift. Unter Anwendung gezielter Gebäudeintel-ligenz zur tageszeitlichen Verschiebung zeitunabhängiger Verwendung energetisch relevanter Services des Haushalts erhöht sich der Eigennutzungsgrad regenerativ gewonnener elektrischer Energie aus Photovoltaik (WKG: 8%) um 2% gegenüber der Bestandssituation (vgl. Abb. 76). 109

Abb. 82: Credit Shift. Einfluss interaktionsfähiger Gebäude zur tageszeitlichen Verschiebung von regenerativ gewonnener elektrischer Energie im Gebäude zur nutzungsgerechten Deckung elektro-energetischer Energiebedarfe und Erhö-hung von Eigennutzungsgraden gewonnener elektrischer Energie. Die dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf einen Wirkungsgrad der Photovoltaik von 8%. 113

Abb. 83: Frühjahr. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Frühjahr unter Einbindung von Gebäudeintelligenz zur zeitunabhän-gigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-energetischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Frühjahr Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 45-78% und Eigennutzungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von 97-100% erreichen. Unter Verwendung von Photovol-taik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare Deckungsraten von 96-100%. erreichen. 114

Abb. 84: Sommer. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Som-mer unter Einbindung von Gebäudeintelligenz zur zeitunab-hängigen Verwendung von Energieüberschüssen regene-rativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-energetischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Sommer Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 59-100% und Eigennutzungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von 92-97% erreichen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare Deckungsraten an Werk- und Wochenendtagen von durchgängig 100%. 114

Abb. 85: Herbst. Referenz-Werktag und Wochenendtag im Herbst unter Einbindung von Gebäudeintelligenz zur zeitunabhän-gigen Verwendung von Energieüberschüssen regenerativ am Gebäude gewonnener, elektrischer Energie (credit shift). Mit einem elektro-energetischen Wirkungsgrad von 8% der eingesetzten Photovoltaik lassen sich im Herbst Deckungsraten des täglichen Strombedarfs von 27-44% und Eigennutzungsgrade gewonnener, elektrischer Energie von 99-100% erreichen. Unter Verwendung von Photovol-taik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare Deckungsraten von 52-93%. erreichen. 115

Abb. 86: 9% und Eigennutzungsgrade gewonnener, elektrischer En-ergie von durchgängig 100% erreichen. Unter Verwendung von Photovoltaik mit einem Wirkungsgrad von 17% ergeben sich solare Deckungsraten von 24-39%. erreichen. 115

Abb. 87: Sanierungsstand des deutschen Wohnungsbaus (Stand 2018), unterteilt nach unsanierten, teilsanierten, vollsa-nierten und neu gebauten Gebäuden (ab 1995) auf Grund-lage der Erhebung des Online-Portals wohngebaeude.info. Quelle: a.G. der Daten von co2online (Hrsg.) (2018) 116

Abb. 88: Komfortraumtemperatur θRa,C (gestrichelte Linie), nach DIN EN 15251:2007, mit dem zugelassenen Toleranzbereich der operativen Raumtemperatur von +-2K (durchgezogene Li-nien) in Abhängigkeit vom stündlichen Mittel der Außenluft-temperatur und der Voraussetzung, dass die Raumnutzer ihre Bekleidung bedarfsgerecht anpassen können. Quelle: DIN-EN 15251 12-2012, S.5 (CEN/TC 156 (Hrsg.) (2012) 117

Abb. 89: Beispiele klassischer Kastenfenster in Helsinki, Finnland. Trotz Außenlufttemperaturen von bis -3°C am Tag und teilweise bis -10 °C in der Nacht angenehm empfundene Innenraumtemperaturen ohne Zugempfinden im Rahmen der Vor-Ort-Studie 2018. 118

Abb. 90: Übersicht angewandter Gebäuderegelungen zur Realisie-rung des Innenraumkomforts und thermischer Energie-suffizienz Steigerungen in den Szenarien mit interaktiven Gebäudeeigenschaften (Szenarien IBS) 119

Abb. 91: Presence Control. Schematische Darstellung der Interakti-onsstrategie zur Präsenz abhängigen Servicesteuerung. 119

Abb. 92: Air Control. Schematische Darstellung der Interaktionsstrate-gie zur Sollwert bedingten Kontrolle der Raumluftqualität. 119

Abb. 93: Heat Control. Schematische Darstellung der Interaktions-strategie zur Präsenz und Sollwert bezogenen Regelung der Raumtemperaturen. 119

Abb. 94: Light Control. Schematische Darstellung der Interaktions-strategie zur Helligkeit und aktivitäts-abhängigen Beleuch-tungssteuerung. 119

Abb. 95: Shade Control. Schematische Darstellung der Interaktions-strategie zur jahreszeitlich abhängigen optimierten Nutzung solarer Gewinne. 119

Abb. 96: Schematische Darstellung zentraler raumweiser Regelung Nutzergruppen spezifischer Innenraumtemperaturen. In Anleh-nung an die in Kapitel „Multimodale Ansätze der Vernetzung. Verbesserte Energiesuffizienz durch Gebäudeinteraktion“ als externe Interaktion beschriebenen Form zentral gesteuerter Heiztechnik im Wohngebäudeverbund. 120

Abb. 97: Ausgangsszenario. Sanierter Bestand ohne Interaktion - Wärmebedarf des Gesamtgebäudes im Jahr, sowie unter-teilt nach Haushalten (szen geb 0-2.1). 122

Abb. 98: IBS sanierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-ge-regelter Fensterlüftung. Darstellung angewandter Interaktionen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, kategorisiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-2.3).122

CCXLVII I

Abb. 99: IBS solar optimierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-geregelter Fensterlüftung. Darstellung ange-wandter Interaktionen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräume, kategorisiert nach resultierenden Komfort-bedingungen (szen geb 0-3.4). 122

Abb. 100: Ausgangsszenario. Unsanierter Bestand ohne Interaktion - Wärmebedarf des Gesamtgebäudes im Jahr, sowie unterteilt nach Haushalten (szen geb 0-1.1). 124

Abb. 101: IBS unsanierter Bestand mit (1) manueller und (2) gebäude-geregelter Fensterlüftung. Darstellung angewandter Inter-aktionen und resultierender Wärmebedarfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungsstunden der Innenräu-me, kategorisiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-1.3). 124

Abb. 102: IBS solar optimierter Bestand mit gebäude-geregelter Fensterlüftung bei homogener Bewohnerstruktur exempla-risch für die Haushaltsgruppe des (1) Single-Vollverdieners (SVV), (2) Seniorenpaars (RPR), (3) Eltern mit Kind (E1K) und (4) Mehr-Generationen-Haushalt (SVVRPR) (szen geb 0-4.3 bis 0-7.3). 124

Abb. 103: Wärmebedarfe je Bewohnergruppe und Wohneinheit: (1) Sin-gle Vollverdiener, SVV (2) Dinks, DKS; Wärmebedarf einer Wohnung des Ausgangsszenarios im sanierten Gebäude ohne Interaktionseigenschaften (Szen. 1-2.1) im Vergleich zu einer Wohnung im interaktionsfähigen, sanierten (Szen. 2-2.1) beziehungsweise sanierten, solar-optimierten Gebäu-de (Szen. 3-2.1). 126

Abb. 104: Wärmebedarfe je Bewohnergruppe und Wohneinheit: (3) Se-niorenpaar, RPR; (4) Eltern mit Kind, E1K; (5) Mehrge-nerationen, RPRSVV; Wärmebedarf einer Wohnung des Ausgangsszenarios im sanierten Gebäude ohne Interakti-onseigenschaften (Szen. 1-2.1) im Vergleich zu einer Wohnung im interaktionsfähigen, sanierten (Szen. 2-2.1) beziehungswei-se sanierten, solar-optimierten Gebäude (Szen. 3-2.1). 127

Abb. 105: Heat Control. Beispiel zur Auswirkung der Gebäudeinter-aktion der Heat Control auf den thermischen Komfort im Schafzimmer (Sc) und Wohn-/Kochbereich (WoKo) einer einzelnen Wohnung der Bewohnergruppe Double Income No Kids (DINKS, DKS). Vergleich zwischen dem (1) Aus-gangsszenario ohne Interaktion (szen. 1-2.1a) und dem (2) solar-optimierten, sanierten Bestand mit Interaktionsfähig-keiten des Gebäudes (szen. 3-2.1b). 129

Abb. 106: Shade Control. Beispiel zur Auswirkung der Interaktions-form der Shade Control auf die Nutzung des Verschattungs-systems und der Innenraumbeleuchtung im südorientierten Wohn-Küchen-Bereich eines Seniorenpaars (RPR) im Ver-gleich zwischen dem Ausgangsszenario (1) (szen. 1-2.1a) und dem IBS-Szenario im sanierten, solar-optimierten Bestand (2); als Jahresübersicht und (3) Typtagbetrachtung (szen. 3-2.1b). 130

Abb. 107: Light Control. Exemplarische Darstellung der sensitiven Eigenschaften eines interaktionsfähigen Gebäudes die Temperatur eines Raums unter Anwendung des Shade Control in Kombina-tion mit der Interaktion des Light Control und Heat Control zu koordinieren: (1) Verlauf des solaren Energieeintrags eines Jahres durch die Fenster der Schlaf- und Wohnräume betrachteter Wohneinheit. (2) Typischer Temperaturverlauf und Reaktion des Gebäudes im Innenraum während eines Sommertages des Haushalts der Kleinfamilie. 132

Abb. 108: Verschattungsverlauf auf der Südfassade des analysierten Wohnungsbaus in geschlossener Blockrandbebauung in Frankfurt am Main. Quellen: Grafikausgaben des Programms zur thermischen Gebäudesimulation IDA ICE, Version 4.8 134

Abb. 109: Vergleich der Haushaltsspezifischen Variante als solar optimierter Bestand mit Wohneinheit-/Nutzergruppen spezi-fisch angewendeten Interaktionsmöglichkeiten. Darstellung angewandter Interaktionen je Nutzergruppe, differenzierter Ausbildung der Hüllflächen und resultierender Wärmebe-darfe je Haushalt des Gebäudes im Jahr, sowie Nutzungs-stunden der Innenräume, kategorisiert nach resultierenden Komfortbedingungen (szen geb 0-12.4). 135

Abb. 110: Diogenes in der Tonne ergänzt um die Möglichkeit sich digital zu vernetzen. Quelle: Originaldatei von projekt.gutenberg.de ergänzt um eigene grafische Elemente. 136

Abb. 111: Gebäudesuffizienz. 137

Abb. 112: Interaktionsebenen von Gebäuden. 138

Abb. 113: Zusammenfassende Übersicht zu den Abhängigkeiten der angewandten Interaktionen und den im Jahresverlauf resultierenden Eigennutzungsraten und Deckungsgraden für elektrische Energie. Detaillierte Einzelbetrachtungen zu dem Diagramm finden sich in Kapitel Kap. VII und Anl-3. 140

Abb. 114: Zusammenfassende Übersicht zu den Abhängigkeiten aus der Haushaltsform, den angewandten Interaktionen und den Potenzialen zur Beeinflussung des Wärmebedarfs. Detaillierte Einzelbetrachtungen zu dem Diagramm finden sich in Kapitel Kap. VII und Anl-3. 141

I CCXLVIII

Abb. 115: Allgemeiner Raum- und Flächenbedarf im Wohnungsbau. Gebäudetyp übergreifende durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche des mitteleuropäischen Woh-nungsbaus unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbewerbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrau-mansprüchen“ CLVIII

Abb. 116: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Einfamili-enhaus (EFH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche des Gebäudetyps Einfamilienhaus im mit-teleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbe-reichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbewerbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrau-mansprüchen“ CLX

Abb. 117: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Doppel-haus (DH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche des Gebäudetyps Doppelhaus im mitteleuropä-ischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als iso-metrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohn-raum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maxi-mal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbewerbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrau-mansprüchen“ CLXII

Abb. 118: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Reihenhaus (RH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohn-fläche des Gebäudetyps Reihenhaus im mitteleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Sche-madarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohn-fläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbewerbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrau-mansprüchen“ CLXIV

Abb. 119: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Geschosswohnungsbau (GWB). Durchschnittliche Ansprü-che an Wohnraum und Wohnfläche des Gebäudetyps Ge-schosswohnungsbau im mitteleuropäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räum-lichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadar-stellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbereichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit An-gaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbewerbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „5.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnrau-mansprüchen“ CLXVI

Abb. 120: Raum- und Flächenbedarf einer Wohneinheit im Hochhaus (HH). Durchschnittliche Ansprüche an Wohnraum und Wohnfläche des Gebäudetyps Wohnhochhaus im mittel-europäischen Wohnungsbau unterteilt nach prozentualen Anteilen je Nutzung der Räumlichkeiten: (1) R-N-Diagramm als isometrische Schemadarstellung der Ansprüche nach Wohnraum und Wohnfläche unterteilt nach Nutzungsbe-reichen. (2, 3) Diagramme zum Volumen- und Flächen-Spektrum des Gebäudetyps mit Angaben zum jeweiligen Median-, Maximal- und Minimalwert. Quellen: a.G. ausgewerteter Wohnbauprojekte und Wettbe-werbe der Jahre 2000 bis 2019 aus Deutschland, Niederlande, Österreich und der Schweiz gemäß Anlage „7.1 Ausgewertete Gebäude zur Ermittlung von Wohnraumansprüchen“ CLXVIII

Abb. 121: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Land-graf (2019) und Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXII

Abb. 122: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt eines Single Vollverdieners. CLXXIII

Abb. 123: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Land-graf (2019) und Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXIII

Abb. 124: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jah-resgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1). CLXXIV

Abb. 125: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXIV

Abbildungen Anlagen

CCXLIX I

Abb. 126: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXV

Abb. 127: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXV

Abb. 128: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt im sanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohn-einheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1). CLXXVI

Abb. 129: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXVI

Abb. 130: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXVII

Abb. 131: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXVII

Abb. 132: Single Vollverdiener (SVV) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsa-nierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1). CLXXVIII

Abb. 133: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXVIII

Abb. 134: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXIX

Abb. 135: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXIX

Abb. 136: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXX

Abb. 137: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt Double Income No Kids. CLXXXI

Abb. 138: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXXI

Abb. 139: DINKS (DKS) Haushalt. Die Entwicklung des Wärmebe-darfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1). CLXXXII

Abb. 140: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXXII

Abb. 141: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXXIII

Abb. 142: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXXIII

Abb. 143: DINKS (DKS) Haushalt im sanierten Bestand. Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1). CLXXXIV

Abb. 144: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXXIV

Abb. 145: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXXV

Abb. 146: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXXV

Abb. 147: DINKS (DKS) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1). CLXXXVI

Abb. 148: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CLXXXVI

I CCL

Abb. 149: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CLXXXVII

Abb. 150: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CLXXXVII

Abb. 151: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darmstadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXXVIII

Abb. 152: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt eines Seniorenpaares. CLXXXIX

Abb. 153: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CLXXXIX

Abb. 154: Seniorenpaar (RPR) Haushalt. Die Entwicklung des Wär-mebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1). CXC

Abb. 155: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CXC

Abb. 156: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CXCI

Abb. 157: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CXCI

Abb. 158: Seniorenpaar (RPR) Haushalt im sanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1). CXCII

Abb. 159: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CXCII

Abb. 160: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CXCIII

Abb. 161: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CXCIII

Abb. 162: Seniorenpaar (RPR) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1). CXCIV

Abb. 163: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CXCIV

Abb. 164: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CXCV

Abb. 165: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CXCV

Abb. 166: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Land-graf (2019) und Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CXCVI

Abb. 167: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt einer Kleinfamilie. CXCVII

Abb. 168: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Land-graf (2019) und Seminarleistungen aus der Reihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CXCVII

Abb. 169: Eltern mit Kind (E1K) Haushalt. Die Entwicklung des Wär-mebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1). CXCVIII

Abb. 170: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CXCVIII

CCLI I

Abb. 171: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CXCIX

Abb. 172: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CXCIX

Abb. 173: Eltern mit Kind (E1K) Haushalt im sanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1). CC

Abb. 174: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CC

Abb. 175: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CCI

Abb. 176: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CCI

Abb. 177: Eltern mit Kind (E1K) Haushalt im unsanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1). CCII

Abb. 178: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CCII

Abb. 179: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CCIII

Abb. 180: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CCIII

Abb. 181: Typtag Werktag unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CCIV

Abb. 182: Prozentuale Verteilung von Strombedarfen pro Woche im Haushalt mit mehr Generationen. CCV

Abb. 183: Typtag Wochenende unter (1) Annahme der Anwesenheit und zeitlichen Nutzung von elektro-energetisch relevanter technischer Ausstattung (2) und daraus resultierenden Betriebsenergiebedarfen für Strom. Quellen: a.G. studentischer Forschungsarbeit von Dix-Landgraf (2019) und Leistungen der Seminarreihe MaxiMin. Angemessen Bauen I-III, SS 2016- SS 2017, alle TU Darm-stadt, Fachgebiet Entwerfen und Nachhaltiges Bauen CCV

Abb. 184: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: WE im solar optimierten Bestand (szen 3-2.1). CCVI

Abb. 185: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CCVI

Abb. 186: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CCVII

Abb. 187: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CCVII

Abb. 188: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt im sanierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im sanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-2.1); (2) WE im sanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-2.1). CCVIII

Abb. 189: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CCVIII

Abb. 190: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CCIX

Abb. 191: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CCIX

Abb. 192: Mehrgenerationen Wohnen (RPRSVV) Haushalt im unsa-nierten Bestand. Die Entwicklung des Wärmebedarfs je Raum der Wohneinheit (WE) im Jahresgang: (1) WE im unsanierten Bestand ohne Interaktion (szen 1-1.1); (2) WE im unsanierten Bestand mit Interaktion (szen 2-1.1). CCX

I CCLII

Abb. 193: Abhängigkeit zwischen Raumtemperaturen und aktivem Heizsystem der Wohneinheit unter Berücksichtigung von Sollwert-Temperaturen je Raumnutzung (alle 20-25°C, Schlafzimmer 18-25°C). CCX

Abb. 194: Abhängigkeit zwischen der Verschattung, aktiver Nutzung der Innenraumbeleuchtung und der abhängigen Rahmen-bedingungen aus vorhandener Globalstrahlung und solarer Gewinne der Wohneinheit. CCXI

Abb. 195: Abhängigkeit zwischen dem CO2-Gehalt der Raumluft, als Indikator zur Luftqualität, und des Lüftungsverhaltens der Bewohnergruppe. CCXI

Abb. 196: Air Control. Lüftungsregelung der Öffnungsflügel der thermischen Gebäudesimulation mit Vorrangregelung der Raumlufttemperatur gegenüber dem Kohlendioxidgehalt der Luft. Quelle: Grafische Darstellung auf Grundlage der Software IDA ICE, vers. 4.8; Eigene Makrokonfiguration. CCXX

Abb. 197: Shade Control. Verschattungs-Regelung des Sonnenschut-zes der thermischen Gebäudesimulation Quelle: Grafische Darstellung auf Grundlage der Software IDA ICE, vers. 4.8; Eigene Makrokonfiguration. CCXX

Abb. 198: Heat Control. Heizungs-Steuerung der Wohneinheiten der thermischen Gebäude-simulation. Quelle: Grafische Darstellung auf Grundlage der Software IDA ICE, vers. 4.8; Eigene Makrokonfiguration. CCXXIIAbb. 199: Light Control. Regelung der raumseitigen Beleuchtung der thermischen Gebäudesimulation, exemplarisch für den Bereich Wohnen. Quelle: Grafische Darstellung auf Grundlage der Software IDA ICE, vers. 4.8; Eigene Makrokonfiguration. CCXXI

CCLIII I

Anl-8 akademischer und beruflicher Hintergrund des Autors

2020 Disputation am Fachbereich Architektur der Technischen Universität Darmstadt

seit 2015 SAND. Architektur und Nachhaltigkeitsberatung 2012-2020 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Fachgebieten Entwerfen und Nachhaltiges Bauen (FG ENB), Prof. Christoph Kuhn (seit 2016) und Entwerfen und Energieeffizientes Bauen (FG ee), Prof. Manfred Hegger (seit 2012) Technischen Universität Darmstadt

seit 2013 Architekt der Architektenkammer des Landes Hessen2010-2012 Masterstudium ClimaDesign (postgraduiert), Technische Universität München

2008-2012 angestellter Architekt schneider+schumacher, Frankfurt Bau- und Projektmanagement GmbH ( seit 2012) Planungsgesellschaft mbH

2001-2008 Diplomstudium der Architektur Technische Universität Darmstadt Escola Tècnica Superior d‘Architectura de Barcelona (2006) 2001 angestellter Fachinformatiker, Biodata IT AG, Lichtenfels

1999-2001 Ausbildung zum Fachinformatiker Fachrichtung Systemintegration, Lichtenfels

1998-1999 Zivildienst Deutsches Rotes Kreuz, Korbach

1989-1998 Allgemeine Hochschulreife, Alte Landesschule, Korbach

I CCLIV

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