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Zur Aktivierung von Bauteilen für Plusenergiegebäude in Metallleichtbauweise
2023
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak03
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-02-10
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-06155
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/960273/files/960273.pdf
Einrichtungen
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624
Kurzfassung
Mit dem Klimaschutzgesetz hat die Bundesregierung das Ziel der Treibhausgasneutralität bis 2045 vorgegeben. Die Versorgung von Neubauten sollte dafür bereits jetzt weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen, da diese ansonsten absehbare Sanierungsfälle innerhalb der nächsten 20 Jahre darstellen. Erneuerbare Energien spielen zur Erreichung dieses Zieles eine wichtige Rolle. Eine gute Möglichkeit, erneuerbare Energien ohne viel zusätzlichen Aufwand nutzbar zu machen, besteht darin, bereits vorhandenen Komponenten des Gebäudes zusätzliche Funktionen zu geben. Hierzu können beispielsweise die Fassade oder das Dach solarthermisch aktiviert oder durch Photovoltaikmodule ergänzt werden. Auch Tiefgründungen können neben der statischen noch eine geothermische Funktion zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme erhalten. Neben der Erzeugung bietet sich auch für die Übergabe der Wärme oder Kälte im Gebäude die Integration in Bauteile an. Dafür kann beispielsweise die Decke durch Strahlungsplatten aktiviert werden. Als Beitrag zur Reduktion des Verbrauchs von nicht-erneuerbaren Energien im Gebäudesektor wird im Rahmen dieser Arbeit auf bauteilaktivierte Lösungen aus Stahl für Plusenergiegebäude in Metallleichtbauweise eingegangen; dabei wird der Begriff "bauteilaktiviert" weiter gefasst als bei der thermischen Aktivierung von Betondecken. So wird ein System zur thermischen Aktivierung von Stahltrapezprofilen an der Decke erläutert, welches Wärme zuführen oder bei Bedarf abführen kann. Darüber hinaus wird eine Lösung vorgestellt, die vorgehängte hinterlüftete Stahlfassade (VHF) solarthermisch zu aktivieren. Zusätzlich wird der Einsatz organischer Photovoltaikmodule (OPV) auf VHF sowie auf Stahlsandwichelementen untersucht. Außerdem werden zwei Möglichkeiten zur geothermischen Aktivierung von Tiefgründungen mittels Stahlenergiepfählen gezeigt. Die beschriebenen Systeme werden numerisch analysiert und anhand von Demonstratoren messtechnisch untersucht. Mit Hilfe von thermischen Gebäudesimulationen an einem Mustergebäude und einem Ansatz zur Vordimensionierung werden Dimensionierungsgrößen bestimmt und erforderliche Flächen für eine Photovoltaikanlage abgeleitet, um ein Plusenergiegebäude zu erzielen.With the Climate Protection Act, the German government has set the goal of greenhouse gas neutrality by 2045. To achieve this, new buildings should already be supplied mainly independently of fossil fuels, as they will otherwise be renovation cases within the next 20 years. Renewable energies play an important role in achieving this goal. A good way to make renewable energies usable without much additional effort is to give already existing components of the building additional functions. Here, for example, the façade or the roof can be solarthermally activated or supplemented with photovoltaic modules. Deep foundations can also be given a geothermal function to absorb or release heat in addition to their static function. In addition to generation, integration into building components is also an option for the transfer of heat or cold in the building. Here, for example, the ceiling can be activated by radiation panels. As a contribution to reducing the consumption of non-renewable energies in the building sector, this thesis deals with component-activated solutions made of steel for plus-energy buildings in lightweight metal construction; the term "component-activated" is defined more broadly than in the thermal activation of concrete ceilings. A system for the thermal activation of steel trapezoidal profiles at the ceiling is explained, which can supply heat or dissipate it if required. Furthermore, a solution is presented to activate the rear-ventilated steel façade (VHF) by solar thermal means. In addition, the use of organic photovoltaic modules (OPV) on VHF and on steel sandwich panels will be investigated. Furthermore, two possibilities for geothermal activation of deep foundations using steel energy piles are shown. The described systems are analysed numerically and examined by measurements using demonstrators. With the help of thermal building simulations on a sample building and a pre-dimensioning approach, dimensioning variables are determined and the required areas for a photovoltaic system are derived in order to achieve a plus-energy building.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT030058543
Interne Identnummern
RWTH-2023-06155
Datensatz-ID: 960273
Beteiligte Länder
Germany
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