ÖKOSTÄDTE DER ZUKUNFT - Münchner …€¦ · 11 TRANSSOLAR KLIMAENGINEERING Masdar City Program Briefing, 5 mio m² Hotel Serviced Apartments & Convention Centre 67,941 sqm Catering

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TRANSSOLAR KLIMAENGINEERING

Technologies for energy efficient design and thermal comfort in buildings

Stuttgart - Munich - New York


ÖKOSTÄDTE DER ZUKUNFTANSÄTZE, STRATEGIEN, BEISPIELE

WISSENSCHAFTSTAGE, MÜNCHENDR. WOLFGANG KESSLING

21 OKTOBER 2012

3


DA STIMMT WAS NICHT MIT UNSERER ENERGIEVERSORGUNG

Credits: Henry Fair

5


20 m² PV = 100%

20 m² PV = 15,000 km

HAUSHALTSSTROM JAHRESBEDARFEINER FAMILIE MIT 4 PERSONEN

ELEKTRO AUTO

Der jährliche Ertrag von Photovolatik (PV) deckt bei einer Fläche von … 6


CO2-Emissionen, pro Kopf und Land

This is a list of countries by carbon dioxide emissions per capita from 1990 through 2008. All data were

calculated by the US Department of Energy's Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC), mostly based on data collected from country agencies by the

United Nations Statistics Division. Countries are ranked by their metric tonnes of carbon dioxide

emissions per capita in 2008.

59.9

38.7

32.4

24.5

21.2

20.1

19.3

18.3

17.1

13.6

10.7

10.6

9.1

5.9

5.1

2.3

1.6

1.0

0.0

0 10 20 30 40 50 60 70

QATAR

UNITED ARAB EMIRATES

BAHRAIN

LUXEMBOURG

AUSTRALIA

UNITED STATES OF AMERICA

SAUDI ARABIA

CANADA

KAZAKHSTAN

RUSSIAN FEDERATION

GERMANY

JAPAN

AUSTRIA

CHINA

UZBEKISTAN

BRAZIL

INDIA

PAKISTAN

AFGHANISTAN

7


Ziel 8


Ziel

9

TRANSSOLAR KLIMAENGINEERINGCredits: Foster + Partners

Masterplan für MASDAR CityAbu Dhabi, UAE

Erste CO2 neutrale Stadtentwicklung

in Zusammenarbeit mit

Foster + Partners Architects, LondonVerkehr, Systematica, MailandInfrastrukture, WSP, London und DubaiKlimaEngineering, Transsolar, StuttgartMEP, Flack & Kurtz, ParisSolare Systeme, ETA, FlorenceKosten, Cyril Sweet, LondonLandschaftsarchitekt, Gustafson Porter, London

10


Abu Dhabi – aus Wüste wird Stadt in 40 Jahren

1960

Credits: Foster + Partners

11


Masdar City Program Briefing, 5 mio m²

Hotel ServicedApartments &

Convention Centre67,941 sqm

Catering & Retail Plaza22,279 sqm

Commercial / Office Centre235,800 sqm

Masdar Centreand Station120,000 sqm

Hotel Retail

Commercial

Employee Housing Village

1,406,250 sqm

CommunitySupport

140,625 sqm

Sport Zone31,552 sqm

Community Support Sport and Leisure Zone

Residential

Car Parking Energy Production

ResidentsCar Parking

50%600,000 sqm

CommuterCar Parking

50%605,883 sqm

Sustainable EnergyProuction

464,000 sqm

Support

University Special Economy Zone

ScienceCentre

38,400sqmUniversity incl.Student Housing

193,732 sqm

Office575,225 sqm

TechnologyPark

360,000 sqm

Research and Development

Local Centres20,000 sqm

Research Labs61,600 sqm

12


MasdarSolar technology


13


MasdarPrivate Transportation


14


Layering of the City

Personal Rapid Transport

Main Infrastructure

Pedestrian level

Buildings

Services


15


0%

20%

40%

60%

80%

100%

Today Efficient Buildings +Efficient

Infrastructure /Energy supply

+Renewable

Substitution

CO

2-Em

issi

ons

40%

70%

100%

MINIMIZE

Architectural and Climate Engineering StrategiesStrategies 16


0%

20%

40%

60%

80%

100%



+Renewable

Substitution

CO

2-Em

issi

ons

40%

70%

100%

OPTIMIZE

Architectural and Climate Engineering StrategiesStrategies

17


0%

20%

40%

60%

80%

100%



+Renewable

Substitution

CO

2-Em

issi

ons

40%

70%

100%

SUBSTITUTE

Architectural and Climate Engineering StrategiesStrategies 18


Energie-Einsparung vor regenerativer Substitution

Energy consumption for project site and 3.8 Mio m² buildingsfor UAE today standard towards Masdar guidelines

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

1,200,000

1,400,000

1,600,000

1,800,000

2,000,000

UAE today 550 ha final concept 230 ha

Ann

ual e

lect

ricity

con

sum

ptio

n [M

Wh/

year

] solar potentialwater distributionwaste treatmentstreet lightingon site trafficdesalinationdistributionBuilding operation

-79%

mis

sing

sol

ar a

reas

reduction

Regelwerke:- Städtebau- Gebäuden- Ausstattung- Nutzertraining

19


Jahresprofil der Aussenlufttemperatur (im Schatten)

iwec_abu_dhabi

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

tem

pera

ture

[°C

]

20


Wie muss das Straßennetz angepasst werden um Tageslicht und thermischen Komfort zu optimieren?

- 22.5°0°

STREETORIENTATION

STREETDIMENSION

2 1

1

1 1

1

0.5 0.25

street 1

street 2

street 3

21


Review of historical cities, street design


22


Untersuchungen zur Orientierung der Strassen – Verschattung versus Licht


23


Empfehlung: Straßen in Windrichtung sollten nicht länger als 75 m sein

Hauptwind-richtung

- 3 lineare Parks zur Stadtbelüftung- Abbiegend nach Osten wegen Nachtbrise- einheitliche Bebauungshöhe

24


Bei reduzierten Strassen-längen von 75 – 100 mbleibt der Wind oberhalb der Bebauung und dringt nicht in die Aufenthalts-bereiche ein.

Wind Effekt auf Strassenorientierung und einheitliche Bauhöhe


25


Vergleich Realität und Animation


26


Ungeschützte Strassenschlucht in Abu Dhabi


27


Infrarot Aufnahme der Strahlungstemperaturen


28


Strasse in Masdar City


29


Infrarot Aufnahme der Strahlungstemperaturen einer Straße in Masdar City


30


Masdar Institut of Science and Technology – 50.000 m² in Nutzung seit Oktober 2010

ResidencesResidences

Teachinglaboratories

Wind Tower



31



Energy consumption for project site and 3.8 Mio m² buildingsfor UAE today standard towards Masdar guidelines

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

1,200,000

1,400,000

1,600,000

1,800,000

2,000,000

UAE today 550 ha final concept 230 ha

Ann

ual e

lect

ricity

con

sum

ptio

n [M

Wh/

year

] solar potentialwater distributionwaste treatmentstreet lightingon site trafficdesalinationdistributionBuilding operation

-79%

mis

sing

sol

ar a

reas

Residental energy number:Reference: 396 kWh/m²a Designed: 65.5 kWh/m²aMeasured: 100 kWh/m²a


32


landscape

Copyright LAVA


LAVA Architekten, Stuttgart, Sydney

Central Plaza für MASDAR CityAbu Dhabi, UAE

Inspiration: Oase

Credits: LAVA

33


5 Star Hotel

Long Stay Hotel

Conference Centre

Retail Centre

EntertainmentCentre

ADFEG HQ

Ensembleplaza and buildings

Credits: LAVA

34

TRANSSOLAR KLIMAENGINEERINGCredits: LAVA

Urban space for people

35

TRANSSOLAR KLIMAENGINEERINGCredits:LAVA

Sky cooling 36


SOLAR RADIATION

[W/m²]

Shading by operabel umbrellas

37


AMBIENT TEMPERATURE

[°C]

MEAN RADIANT TEMPERATURE

[°C]

15

25

35

45

55

65

75

15 25 35 45 55

Shading by operabel umbrellas 38



[°C]

15

25

35

45

55

65

75

15 25 35 45 55

AMBIENT TEMPERATURE

[°C]

Shading by operabel umbrellas

39



[°C]

AMBIENT TEMPERATURE

[°C]15

25

35

45

55

65

75

15 25 35 45 55

Shading by operabel umbrellas 40


Shading and renewable energy production

Credits: LAVA

41


Quality of stay, conditioning the outdoor space

Credits: LAVA

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Visionary Intervention for KACAREKing Abdullah City of Atomic and Renewable EnergyRiyadh, Saudi Arabia

Warum in der Wüste leben?


LAVA Architekten, StuttgartCredits: LAVA

43


Wie in der Wüste leben?

Credits: LAVA

44


Water is the challenge of the post-oil society in arid lands

Source: German Aerospace Center, DLR

Source: International Water Management Institute

WATERSaudi Arabia is of the countries with the highest water scarcity

ENERGYIn Saudi Arabia the renewable solar energy is among the highest in the world

45


1 create living space in the desert environment

2 educate a knowledge society

3 research and invest in water efficienteco food supply for arid lands

this is what the CLOUDSCAPE project is about

Credits: LAVA

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At KA-CARE there is plenty of renewable solar energy for a post oil society but water for living and food production is scarce.

Fossil age: Export of fossil fuels and derivates to import water, food and products

Principle of post- oil age:Export renewable energy to sustain a cyclic economy based on optimizedresource efficiency for water, food and energy.

Credits: LAVA

47


2010 2015

- 50%

250 l/pers.*d

125 l/pers.*d

Reduction of domestic water demand by water efficient engineering, grey and black water recycling and reuse.

Development of domestic water demand 48


Domestic standard water cycle per person

Sewage treatment80% efficiency

Fresh water from Desalination Plant

250 l/day 175 l/day

Sewage175 l/day

175 l/daySolid Waste

35 l/day

Daily demand175 l/day

Irrigation


DOMESTICCYCLE

Leakage and losses 30%75 l/day

Wastewater140 l/day

49


Efficient domestic water cycle at KA-CARE 2015 per person

Grey water treatment80% efficiency

Sewage treatment80% efficiency

Fresh Water by Rainfall (20% use)

12 m³/day


125 l/day 94 l/day

Leakage and losses 30%31 l/day

Sewage92.5 l/day

105 l/day

84 l/day

12.5 l/day

Grey Water62.5 l/day 50 l/day

Daily demand156 l/day

DOMESTICCYCLE

Irrigation

Solid Waste21 l/day

50


domestic water

meat

milk

millet / sorghum

dates

0125

5000

[l/pers.*d]

production only + transport

4000

3000

2000

1000

0

[kWh/pers.*d]

30

20

10

Water demand domestic use and food production Energy equivalent for water production and water transport

Water demand and energy equivalents for domestic and food

52


Water as storage for solar energy

KA-CARE desalination plantreverse osmosis

grid

Solar Desalination

water is an efficient storage for solar energyuse of public grid� export of energy vs. import of water

PVCLOUDESCAPE

water storage

55


Masterplan für BaojiChina

Vision für eine neue Eco-City


Fink und Jocher Architekten, München

57


Vision

Strategie

Optimiere das Stadtlayout für Tageslicht und

Sonne

Minimiere den Energiebedarf der Gebäude und der

Nutzer

Nutze hocheffiziente

Technologien und Systeme

Nutze erneuerbare

Energien um den Bedarf vollständig

zu decken

1 2 3 4

Entwickle und Baue eine CO2 neutrale Stadt nach den“one living planet“ Prinzipien

CO2 Neutral - Vision und Strategie 58


One Living Planet Principles

Credits: Fink und Jocher

59


Energieversorgungskonzept

Credits: Fink und Jocher

60


-200'000

0

200'000

400'000

600'000

800'000

1'000'000

1'200'000

1'400'000

REF / EV1 OPT / EV1 OPT / EV2

Äqu

ival

ente

CO

2 Em

issi

onen

in t/

a

Strom Kälte Wärme

100%

32%

61%

Eine Möglichkeit der Kompensation von Emissionen

Graue Energie

Schritt 3Schritt 2Referenz Schritt 4

Kompensation mit erneuerbarer

Energie

61


SCHRITT 4nutze erneuerbaren Strom aus Photovolatik

Bedarf nach Optimierung

~ 30% Eigennutzung~ 70% Einspeisung

SCHRITT 3nutze hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung(KWK)

Bedarf nach KWK

~ 70% Eigennutzung~ 30% Einspeisung

Ohne Einspeisung in das öffentliche Stromnetz nach dem Model des deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG) ist eine Kompensation und CO2 neutrale Versorgung nicht möglich.

Das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz als Vorbild 62


Ökostadt München: Kreativquartier

Masterplan für nachhaltige Quartiersentwicklung- Konzept für „high comfort - low energy“- Außenraumqualität - lokale Identität- Erhaltung des Bestands- Transformation der Infrastruktur- soziale Nachhaltigkeit - Einbindung der Nutzer


Architekturbüro Teleinternetcafe, BerlinLandschaftsarchitekten TH Treibhaus, Hamburg

Credits: Teleinternetcafe

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Ökostadt München: Rund um den Ostbahnhof

Komfort- und Energiekonzept Masterplan- Ermittlung des künftigen Energiebedarfs - Erhaltung des Bestands- Einbindung der Nutzer


Architekturbüro Steidle, MünchenEigentümergemeinschaft, München

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DIE ZUKUNFT MUß ERST GEDACHT WERDEN

BEVOR WIR SIE BAUEN

Credits: DLR

65


Danke

Documents

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