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Re-Polis \ retrofitting Polykatoikia The case of Mediterranean urban housing typology; measures to increase energy efficiency and comfort, exemplified for the Thessaloniki urban area, Greece.

Theodoridou, Ifigeneia :
Re-Polis \ retrofitting Polykatoikia The case of Mediterranean urban housing typology; measures to increase energy efficiency and comfort, exemplified for the Thessaloniki urban area, Greece.
TU Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Re-Polis \ retrofitting Polykatoikia The case of Mediterranean urban housing typology; measures to increase energy efficiency and comfort, exemplified for the Thessaloniki urban area, Greece.
Language: English
Abstract:

This thesis deals with the issue of Greek urban residential buildings, by means of their energy behaviour. Since Greek cities are characterised by multi-family buildings, the assessment of their energy performance is practically synonymous to the energy behaviour of multifamily residential buildings, the so called Polykatoikia. Apart from sustainability, the need of revival and redefinition of the Greek urban environment played a key role to the formation of this bottom-up methodology; hence, several parameters have been taken into account, based on the complexity and the versatility of Greek Polykatoikies. In this line of thought, a methodological approach is being proposed and applied to the city of Thessaloniki, a typical example of the Greek urban environment. The scope of this scheme is to create an integrated and flexible assessment tool, which will support the implementation of large scale retrofit policies. Consequently, the proposed methodology was designed in order to obtain the energy performance of urban environments, design intervention measures and evaluate their feasibility in regard to their environmental, economic and energy influence, both in a building unit scale and a city scale.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Deutsche Zusammenfassung 1. Einführung Das Thema der Energieversorgung ist ein globales Problem. In Zusammenhang mit dem Aspekt des Umweltschutzes, werden neue Maßstäbe bezüglich der Energiepolitik gesetzt. Die Tatsache, dass der Energieverbrauch steigt, während die Energievorräte sinken, wird zwangsläufig zu einer neuen Form von Energiekrise führen. Infolgedessen werden Energieeinsparungsmaßnahmen bezüglich des Gebäudebestands geplant, besonders für Wohngebäude, welche 63% des gesamten Endenergieverbrauchs entsprechen. Die 160 Millionen Gebäude in der Europäischen Union sind für mehr als 40 % des europäischen Primär-Energieverbrauchs verantwortlich. Darüber hinaus sind sie eine wichtige Quelle von CO2-Emissionen und auf lange Sicht eine Gefahr für die Sicherheit der Energieversorgung. Dementsprechend, um eine Kehrtwende im energetischen Verhalten der Gebäude einzuleiten, reicht es nicht nur von jetzt an energieeffiziente Gebäude zu bauen. Man muss auch im Bestand eingreifen und zwar mit integrierten, ausgedachten Konzepten, realistischen Ideen und innovativen Technologien. Unter diesem Aspekt bilden städtische Räume den Kern dieser Problematik. Deren Verwaltung und Energieeffizienz basiert auf die Entwicklung strategischer Konzepte für die Senkung der Energieverluste im Gebäudesektor. Demnach sind bestehende Gebäude nicht nur als Gebäudeeinzelheiten zu betrachten, sondern auch als ein Teil eines lebendigen Organismus, der Stadt. 2. Methodologie Ziel dieser Forschungsarbeit war es also, Energieeinsparungsmaßnahmen vorzuschlagen, die in einem größeren Maßstab umgesetzt werden können. Dadurch wird nicht nur Energieeffizienz unterstützt, die Erhöhung des Lebensniveaus in den Städten gesichert sowie die architektonische Regeneration urbaner Räume geprägt, sondern auch der Umweltschutz und der soziale Zusammenhalt gestärkt und die Wirtschaft angetrieben. Gegenstand dieser Arbeit war den Zusammenhang zwischen Stadt und Gebäudebestand zu identifizieren und entsprechende Instandsetzungskonzepte vorzuschlagen. Diese Beziehung ist ein Thema was mehrere Forscher betrifft. Die Auseinandersetzung mit der Nachhaltigkeit in städtischen Räumen und die Vielfältigkeit dieser Problematik ist nämlich eine schwierige Aufgabe. Um sich mit dieser Problematik auseinanderzusetzen musste als erstes der Basisansatz festgesetzt werden. In der Literatur werden zwei Ansätze verwendet bezüglich der Entwicklung nationaler Energieeinsparungspolitik, nämlich der „bottom-up“ und „top-down“ Ansatz. Im ersten Fall werden die Maßnahmen nach dem eigentlichen Energieeinsparpotential im Gebäudebestand festgesetzt. Für den zweiten Fall gilt genau das Gegenteil. Genauer betrachtet, im Fall des „bottom-up“ Ansatzes wurde als erstes eine bauphysikalische und-oder statistische Analyse des Bestands durchgeführt. Im Fall des „Top-down“ Ansatzes spielen volkswirtschaftliche Werte eine wichtigere Rolle. Es wird natürlich klar, dass im Fall des „bottom-up“ Ansatzes die Resultate der Analyse viel sicherer sind, da sie das reale Potential in Senkung der Energieverluste reflektieren. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der „bottom-up“ Ansatz gewählt. Die Methodologie ist folgenderweise aufgebaut: Als erstes wird eine strukturelle Bestandsanalyse durchgeführt. Bezüglich politischer, sozialer, historischer und typologischer Kriterien werden die Gebäude in bestimmten Baualtersklassen kategorisiert. Demzufolge werden die untersuchenden Stadträume analysiert und typische Gebäude bestimmt. Diese werden anhand von realen Daten und Simulationen energetisch untersucht. Damit wird ihr energetisches Profil festgestellt und die angemessenen Sanierungsmaßnahmen bestimmt, bezüglich der Klimazone und der Gebäudeklasse. Danach kann der gesamte Gebäudebestand zu diesen typischen Gebäuden gekoppelt werden um eine klare Aussage bezüglich der Planung von Maßnahmen zu erzeugen. Letztlich folgt eine Multikriterienanalyse zur Auswertung der Ergebnisse aus der Sicht der Energieeffizienz, der Wirtschaftlichkeit, der Umweltverträglichkeit sowie der Architektur, um zu den optimalsten Sanierungsmaßnahmen geleitet zu werden. 3. Fallstudie - Gebäudeeinheit Im Fall der griechischen Städte werden zum größten Teil Mehrfamilienhäuser saniert, denn mit 90% Anteil an ausschließliche und gemischte Wohnnutzung sind sie das dominierende Element. Diese Gebäudetypologie der griechischen Mehrfamilienhäuser wird Polykatoikia genannt. Es handelt sich um eine Kombination von Hoch- und Mehrfamilienhaus. Mehrere berühmte Architekten, wie Kenneth Frampton, haben die Fortschrittlichkeit und Besonderheit dieser architektonischen Typologie anerkannt. Richard Woditsch unterstreicht in seiner Dissertation die Originalität der Polykatoikia Typologie. Mehrere Architekten wie Geipel, Christiaanse, Sarkis sowie viele griechische Architekten waren von diesem besonderen, architektonischen Akzent fasziniert. Obwohl also die Polykatoikia als eher typische Gebäudetypologie mit sich wiederholenden Eigenschaften gilt, kann es zu starken Differenzierung kommen. In diesem Rahmen, ist es schwierig "einen gemeinsamen Nenner" zu finden. Deswegen, um die Planung der effizienter Eingriffsszenarien zu sichern, war es nötig eine Gebäudeklassifizierung vorzuschlagen. Dies erlaubt die Gruppierung von Gebäudetypologien mit ähnlichen Charakteristika und demzufolge die einfachere Festlegung von gezielten Energieeinsparmaßnahmen. Auf der Basis der statistischen Analyse sowie der typologischen Charakteristika wurden bezüglich der Baujahreszeit fünf Baualtersklassen formuliert. Wichtig ist der Drehpunkt ab 1980, wo die erste WSchV in Kraft gesetzt wurde. Als Standort der Fallstudie wurde die Stadt Thessaloniki gewählt. Die zwei größten Stadtbezirke wurden ausgewählt, Thessaloniki und Kalamaria. Was die klimatischen Bedingungen der Stadt betrifft, so liegt Thessaloniki in der zweitkältesten Klimazone Griechenlands im Bereich des mediterranen Klimas und weist auf ähnliche klimatische Eigenschaften wie Marseille in Frankreich und Triest in Italien. Auf der Basis der Gebäudebestandsanalyse wurden vier typische Polykatoikia ausgewählt entsprechend der drei wichtigsten Baualtersklassen B2, C und D als repräsentatives Beispiel der Studie. 4. Fallstudie - Stadtmaßstab Ziel der GIS Studie war es einen Zusammenhang zwischen typischen Typologien und dem städtischen Gebäudebestand zu finden. Das wichtigste bei diesem Unternehmen war es, eine bestimmte Methodologie zu entwickeln, die das energetische Verhalten von größeren urbanen Räumen festsetzten kann. In diesem Rahmen wurden drei Hauptaspekte betrachtet: 1. erneubare Energien 2. die Gebäudehülle und deren Sanierung 3. die geschätzte CO2 Emissionen Insbesondere wurden übliche Eingriffe in der Hinsicht von nationalen Sanierungsmaßnahmen größeren Maßstabs vorgesehen, wie Solarthermie, Photovoltaik, Gründachsysteme und Wärmedämmung. Letztlich wurden die CO2 Emissionen für den Fallstudie-Standort festgelegt, bezüglich des energetischen Verhaltens der Polykatoikia. Näher betrachtet, basierte die GIS Studie auf die offiziellen Landkarten der untersuchenden Stadtbezirke in digitaler Form. Diese wurden mit den offiziellen statistischen Daten verbunden, bezüglich der Höhe, des Baujahrs und der Nutzung der Gebäude. Da die Software Vektorgrößen ablesen kann, war die Bestimmung von Bauteilflächen und verfügbare Dachflächen möglich. Um die optimale Kopplung der typischen Gebäude mit dem Bestand zu schaffen, wurde deren energetisches Verhalten für mehrere Bebauungssysteme untersucht. Die Kopplung hat bewiesen, dass die ausgewählten typischen Gebäude die überwältigende Mehrheit des untersuchenden Baubestands umfassen. Auf der Basis dieser Beziehung wurde eine Abschätzung der entsprechenden CO2 Emissionen durchgeführt. Interessant sind noch die Ergebnisse bezüglich der Kostenanalyse von Energieeinsparmaßnahmen wie z.B. nachträgliche Wärmedämmung. Die Fläche der Gebäudehüllen wurden kalkuliert für Polykatoikia die vor 1980 gebaut wurden. Für die Implementierung eines typischen Wärmedämmverbundsystems und einer Flachdachdämmung, allein für das Stadtgebiet Thessaloniki reichen die Gesamtkosten fast 375 Millionen Euro und für das ganze Untersuchungsgebiet 460 Millionen Euro. Diese Zahlen sind wichtig in der Hinsicht nationaler Förderprogramme. Auf diese Art und Weise kann man nämlich eine grobe Abschätzung der Eingriffsmaßnahmenkosten erzielen, welche dann mit den entsprechenden positiven Einflüssen verglichen und dementsprechend evaluiert werden muss. Dieses Verfahren erlaubt eine sicherere Investition, da man die erwarteten positiven Ergebnisse genauer berechnen kann. Das war einer der Gründe, weshalb der „bottom-up“ Verfahren verwendet wurde. 5. Sanierungskonzepte Energieeffizienzmaßnahmen für den Gebäudesektor sind ein Gegenstand der Forschung seit mehreren Jahrzehnten, insbesondere in Bezug auf Wohngebäude. In letzter Zeit zusätzlich zur Optimierung der Energieeinsparrung und der Minimierung der CO2-Emissionen ist die gesamte Umweltvertraglichkeitsstudie solcher Eingriffe von entscheidender Bedeutung. In Bezug auf den griechischen Wohnungsbestand ist eine solche integrierte Auswertung typischer Maßnahmen zur Energieeinsparung von hoher Bedeutung, im Hinblick auf ihrer wirtschaftlichen, energetischen und ökologischen Machbarkeit. Der Parameter Architektur, und der Einfluss solcher Eingriffe auf das ganze Stadtbild sollte nicht vernachlässigt werden. Die Frage ist, welche sind die optimalen Szenarien für die energetische Sanierung des Gebäudebestands? Es gibt eigentlich keine direkte Antwort zu dieser Frage. Um genaue Schlussfolgerungen ziehen zu können, wurde ein mehrdimensionaler Auswertungsprozess entwickelt, deren Ergebnisse stark von den Bewertungskriterien sowie den jeweiligen Strategien abhängig sind. Die erste Achse dieser Methodologie bezieht sich auf die Bewertungskriterien, nämlich: a. Die Mindestanforderung, die von der Gesetzgebung festgelegt sind. Das heißt, dass alle zu untersuchenden Eingriffe diese Anforderungen erfüllen müssen. b. Das Energieeinsparpotential, das für jede Sanierungsmaßnahme variiert. c. Die Machbarkeit, nämlich der Grad des Durchführbarkeitspotential bezüglich der Wirtschaftlichkeit. d. Umweltaspekte bezüglich des Einflusses der energetischen Sanierungsmaßnahmen. Die zweite Achse beschreibt den Einfluss der jeweiligen Strategien auf die Bewertung der Eingriffsszenarien. Es wird klar, dass es dadurch starke Differenzierungen geben kann; eine „Minimale – Investitionskosten“ Strategie setzt andere Prioritäten, während das Thema des technischen Aufwands und spezifischer Anforderungen eine völlig andere Perspektive im Hinblick der Ergebnisevaluation setzt. Demzufolge, wurde das mehrdimensionale Auswertungsschema in drei Schritten aufgeteilt. Als erstes werden die vorgeschlagenen Eingriffe einzeln bewertet. Für jeden Eingriff gibt es verschiedene Variationen, die miteinander verglichen werden, bezüglich der verschiedenen Bewertungskriterien und den drei strategischen Vorgehensweisen. Folglich werden mehrere Kombinationen geprüft und auf derselben Basis untersucht um letztlich zu den optimalen Eingriffen pro Gebäudetypologie zu kommen. Für die Darstellung der zweidimensionalen Auswertung, wurde eine spezifische Tabelle entwickelt. Auf der Basis der analytischen LCA Ergebnissen, werden in einer Tabelle deren qualitative Auswertungen dargestellt. 6. Ergebnisse Insgesamt, können die wichtigsten Ergebnisse der Evaluation wie folgt zusammengefasst werden: • Das Bebauungssystem hat einen starken Einfluss auf die Auswertung typischer Eingriffe • Unabhängig von der Gebäudetypologie sind Verbesserungsmaßnahmen bezüglich der Anlagensysteme immer positiv bewertet. • Das beste Szenario, aus architektonischer Sicht, ist nicht immer die wirtschaftlich vorteilhafteste Lösung. Es ist jedoch wichtig zu betrachten, wie sich die Ergebnisse der Auswertung formulieren im Hinblick des architektonischen Akzents. Die Mehrheit der Gebäudehülle-bezogenen Szenarien wird positiv beurteilt, vorausgesetzt sie werden richtig implementiert. Die Anlagentechnik-relevante Eingriffe werden eher negativ evaluiert, wegen der oft willkürlichen Wandmontierung, die zu der Verformung der Fassade führt. Insgesamt sollte man aber unterstreichen, dass der Parameter Architektur, nicht einfach bewertet werden kann. Er muss aber mit Energieeinsparmaßnahmen, die für größere Maßstäbe geplant sind, kombiniert werden, um eine gesamte positive Auswirkung zu erreichen, nicht nur für die Gebäudeeinheit sondern für den ganzen städtischen Raum. In diesem Sinne kann die Applikation von WDVS Schäden an den Außenwänden beseitigen. Weiterhin sollen spezifische Mindestanforderungen eingehalten werden bezüglich der Fensteraustauschmaßnahmen, um einen harmonischen Fassadenbild zu gewährleisten. Dasselbe gilt für den Sonnenschutz, wo Markisen oft nicht für die ganze Fassade vorhanden sind, und Rollladen willkürlich installiert werden, entweder aus Holz oder Kunststoff. Ein einheitliches Sonnenschutzsystem könnte in diesem Sinne dem Gebäude einen klaren architektonischen Akzent vergeben und gleichzeitig für Energieeffizienz sorgen. Außerdem weisen Gründachsysteme eine unmittelbar drastische Lösung für den Betonüberfluss und die extrem dichte Städte. Die Flachdachfreiflächen der griechischen Städten, die zum größten Teil ungenutzt bleiben, könnten jetzt eine Art von neuer Stadt über der Stadt bilden, das Mikroklima und das energetische Verhalten der Gebäude verbessern. Schließlich für die Anlagentechnik müssen erfinderische, architektonische Ideen implementiert werden, sodass die Polykatoikia-Fassaden intakt bleiben. Architektur ist also extrem wichtig beim Planen von Energieeinsparmaßnahmen. 7. Ausblick der Dissertation Weiterhin sind wichtigsten Schlussfolgerungen bezüglich des Ausblicks der Dissertation: • Der Auswertungsprozess selbst ist von gleicher Bedeutung wie die daraus resultierenden Ergebnisse. • Die Bewertungskriterien haben einen starken Einfluss sowohl auf den Auswertungsprozess, als auch auf die Ergebnisse. • Die vorgeschlagene Methodologie ist in diesem Sinne sehr flexibel (mehrere Bewertungskriterien). • Polykatoikia sollte nicht als eine Gebäudeeinheit betrachtet werden. Sie muss eher als ein Teil der urbanen Landschaft behandelt werden. • Eine ganzheitliche Energieeinsparungsstrategie sollte eindeutig auf die effizientere Lösung für jeden einzelnen Gebäudetypus basieren. • Wie erwartet, wurde bestätigt, dass die Ergebnisse von den klimatischen Bedingungen beeinflusst werden. In diesem Rahmen ergibt sich starke Notwendigkeit für: • In Kraft-Setzung von Förderprogrammen von der Seite des Staates • Strenge Mindestanforderungen, welche nicht nur die richtige Implementierung der Maßnahmen sichern werden, sondern auch den architektonischen Akzent der städtischen Polykatoikia • Energieeffiziente Maßnahmen eine ästhetisch akzeptable Umsetzung gewährleisten • In diesem Sinne, sollten für jede Klimazone und jede Gebäudetypologie, die entsprechenden Bewertungskriterien sorgfältig festgelegt werden Es wurde gezeigt, dass wenn Energieeinsparmaßnahmen gründlich geplant werden und für einen größeren Maßstab, einen positiven Einfluss nicht nur auf die Energieeffizienz der Gebäude haben sondern auch auf die Wirtschaft, die Umwelt, die Lebensqualität und die ästhetische Qualität der Städte. Weiterhin, hat es sich erwiesen, dass das Bebauungssystem und die Morphologie der Städte sehr stark das energetische Verhalten der Gebäude beeinflussen und deswegen muss die Beziehung zwischen urbanen Gebäuden und Städten im Epizentrum dieser Betrachtung bleiben. Folglich erweist sich die Architektur an sich als ein leistungsfähiges Werkzeug, welches das Verknüpfen von energetischen Sanierungsstrategien mit der nachhaltigen Stadtentwicklung ermöglicht. Bezüglich der innovativen Merkmale dieser Dissertation musste betont werden, dass die hier vorgeschlagene Methodologie für fast jede europäische Stadt angewendet werden. Ihre flexible Strukturierung ermöglicht die Anpassung an den jeweiligen klimatischen Bedingungen und typologischen Merkmalen für mehrere urbane Räume. Weiterhin, während die meisten Studien bis jetzt Energieeinsparmaßnahmen nur aus der Seite der Gebäudeeinheit geplant wurden, bietet diese Methodologie ein breites mehrdimGerman
Place of Publication: Darmstadt
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
sustaibable cities, energy efficiency, residential building stockEnglish
Classification DDC: 700 Künste und Unterhaltung > 720 Architektur
Divisions: Fachbereich Architektur > Fachgruppe C: Konstruktion und Technik > Entwerfen und Energieeffizientes Bauen
Date Deposited: 25 Apr 2012 07:07
Last Modified: 07 Dec 2012 12:04
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-29200
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Manfred, Prof. Dipl Hegger and Agis, Prof. Dr.- Papadopoulos and Annette, Prof. Dr.- Rudolph-Cleff
Refereed: 27 February 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2920
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