سواء مبنى قديم أو ناطحة سحاب زجاجية: كفاءة الطاقة في العديد من المباني القائمة "دون المستوى الأمثل" - بعبارة ملطفة

نظرة على شهادات الطاقة تظهر أن متوسط ​​الاستهلاك لكل متر مربع في فرانكفورت لا يزال بين 150 و 200 كيلو واط ساعة / متر مربع. تهدف مفوضية الاتحاد الأوروبي إلى توفير حوالي 30 كيلو واط / متر مربع كمعيار منخفض للطاقة.

منذ عام 2020 ، قد لا يزيد الحد الأقصى للمباني الجديدة في ألمانيا عن 55 كيلو واط / متر مربع.

يتطلب 875000 متر مربع من المباني السكنية للجسور كمنازل منخفضة الطاقة ما مجموعه حوالي 26 جيجاوات ساعة/أ من الطاقة الحرارية لتدفئة الفضاء

بالنسبة لجميع المباني السكنية على الجسور ، سيتم تخفيض القيمة المستهدفة لمفوضية الاتحاد الأوروبي البالغة 30 كيلو واط ساعة / م 2 سنويا. يتوافق هذا أيضا مع قانون طاقة البناء لعام 2021.

هذا ممكن لأنه يتم استخدام تقنية المضخات الحرارية وتحسين تكنولوجيا البناء والطاقة للمباني.

يبلغ الطلب على الحرارة في المباني السكنية على الجسور حوالي 26 جيجاوات/ساعة، ويبلغ الطلب على الحرارة لجميع المباني غير السكنية على جسور فرانكفورت 14 جيجاوات/ساعة في المجموع

في مخزون المباني غير السكنية لمناطق الجسور ، تم حساب الطلب المحدد على الحرارة باستخدام "إعلان قواعد قيم استهلاك الطاقة" ((BAnz AT 16.04.2021 B1 وبمساعدة القيم المقارنة من الممارسة. تفترض الحسابات أنه يمكن تخفيض الطلب على الحرارة إلى ثلث القيم المحددة في إشعار العقد للمباني غير السكنية القائمة. يتغير الطلب على الحرارة المحددة للمباني غير السكنية مع نوع المبنى. بالنسبة لأنواع المباني المخطط لها أو توزيع الاستخدام على الجسور ، يبلغ إجمالي المتطلبات حوالي 14 جيجاوات ساعة / أ.

يتم جمع ما يقرب من 440 جيجاوات/ساعة من الطاقة الحرارية من ثلاثة مصادر للطاقة باستخدام جسور فرانكفورت: الطاقة الحرارية الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية والحرارة المهدرة من مراكز البيانات - ولكن هناك حاجة فقط إلى 40 جيجاوات/ساعة من الحرارة على الجسور

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن استخدام سوى 238 جيجاوات/ساعة من أصل 438 جيجاوات/ساعة من الحرارة: أما الباقي فيفقد بسبب الخسارة المعتادة للتخزين الحراري الأرضي على الرغم من العزل الجيد ومسافات النقل القصيرة.

نظرًا لأن الجسور نفسها تحتاج إلى حوالي 40 جيجاوات/ساعة فقط، فلا يزال هناك ما يقرب من 200 جيجاوات/ساعة من 238 جيجاوات/ساعة/من الحرارة من الأرض. يجب إخراجها واستخدامها على طول الجسور في الشتاء، وإلا فإن الأرض ستسخن بمرور الوقت: في المستقبل البعيد، سيتم استخدام الطاقة الزائدة التي تم جمعها لتزويد المباني السكنية وغير السكنية المجاورة على طول الجسور بمجرد الحصول على حرارة غرفهم من المضخات الحرارية. حتى ذلك الحين، يجب العثور على حلول أخرى للعملاء.

يمكن للمشترين المحتملين على طول الجسور أن يكونوا أحواض سباحة أو بيوت بلاستيكية ، على سبيل المثال. يوجد عدد كبير من البيوت الزجاجية في فرانكفورت: من جهة حديقة النخيل ، من ناحية أخرى في حقول اوبراد

بمجرد أن يتم تجهيز مخزون المبنى على طول الجسور بمضخات حرارية وأسطح نشطة حرارياً ، يمكن لجسور فرانكفورت نقل طاقتها الحرارية إليها. ومع ذلك ، نظرًا لأن سخانات الغاز ستختفي فقط بعد 20 إلى 30 عامًا من التجديد ودورات البناء الجديدة ، يجب استخدام الحرارة الزائدة في مكان آخر حتى ذلك الحين. إذا لم يتم سحبها من صهاريج التخزين تحت الأرض في الشتاء ، فسوف ترتفع درجة حرارة الأرض على مر السنين ، مما سيكون له عواقب سلبية على المياه الجوفية وربما أيضًا على الظروف الجيوتقنية.

يمكن تسخين حوالي نصف جميع البيوت الزجاجية على طول جسور فرانكفورت في الشتاء بالحرارة الحرارية من الأرض

توجد صوبات زراعية بمساحة إجمالية تبلغ حوالي 85000 متر مربع على طول جسور فرانكفورت. بالمقارنة مع المباني السكنية وغير السكنية ، فإنها تستهلك حرارة أكبر بكثير لكل متر مربع في الشتاء. متوسط ​​استهلاك الحرارة لبيت زجاجي يجب أن يحافظ على متوسط ​​درجة حرارة لا تقل عن (18 درجة مئوية) في الشتاء ، على سبيل المثال بالنسبة للمحاصيل الاستوائية ، يزيد عن 400 كيلو واط / متر مربع. من ناحية أخرى ، تتطلب البيوت الزجاجية التي تحتوي على نباتات أوروبية ، والتي يجب ألا تقل درجة حرارة الشتاء فيها عن 5 درجات إلى 10 درجات ، من 60 إلى 120 كيلو واط / م 2 أ.

يمكن أن تحصل البيوت الزجاجية على طول الجسور على نصف احتياجاتها الحرارية التي تبلغ حوالي 40 جيجاوات ساعة / أ من الحرارة الجوفية التي توفرها الأكوام التي يتم تنشيطها حرارياً لأعمدة الجسر ؛ يمكن تلبية النصف الآخر من احتياجاتهم باستخدام الحرارة الشمسية الحرارية الكهروضوئية التي يتم تخزينها في الأرض في الصيف.

يمكن مقارنة استهلاك تدفئة المساحات على الجسور البالغة 26 جيجاوات ساعة / أ للمباني السكنية و 14 جيجاوات ساعة / أ للمباني غير السكنية وكذلك استهلاك نصف الصوبات على طول الجسور بحوالي 20 جيجاوات / ساعة مع 35 غيغاواط ساعة للحرارة جوفية و 12 غيغاواط ساعة لغطاء الحرارة الشمسية بالإضافة إلى 13 غيغاواط ساعة / طاقة للمضخة الحرارية

بالإضافة إلى الحرارة الأرضية، يتوفر حوالي 220 جيجاوات ساعة/حرارة من مصادر أخرى في الشتاء

يمكن استخدام هذه الحرارة لتدفئة النصف الآخر من الصوبات الزراعية التي لا تغطي الطاقة الحرارية الجوفية متطلباتها الحرارية.

بمجرد أن تتحول المباني على طول الجسور إلى التدفئة باستخدام المضخات الحرارية ، فإنها بالطبع ستتلقى الحرارة بشكل أساسي من هذا "الاحتياطي الحراري" الكبير (وإن كان متاحًا فقط في درجات حرارة منخفضة).

تبريد المباني السكنية يقوم في نفس الوقت بتجديد الطاقة الحرارية الأرضية

في فصل الشتاء، يجب أخذ الحرارة من الأرض لحرارة مساحة مباني الجسر. من أجل منع الأرض من التبريد على مر السنين، يجب «تجديد» الحرارة المستخرجة في الشتاء. يتم تحقيق ذلك بشكل أساسي في منتصف الصيف بمساعدة الطاقة الحرارية التي يتم إرسالها من المباني للتبريد.

إذا كنت ستستخرج الحرارة من الأرض فقط دون إرسال حرارة جديدة، فسوف تبرد بمرور الوقت، ولم يعد بإمكانك تسخينها في الشتاء. على جسور فرانكفورت، مع ذلك، حوالي. 26 جيجاوات ساعة من حرارة مأخوذة من المباني السكنية وأرسلت تحت الأرض بواسطة مضخات حرارية للتجديد.

ستحقق المباني الموجودة على جسور فرانكفورت استهلاكًا منخفضًا جدًا للطاقة الحرارية

ستتم مراعاة متطلبات الاتحاد الأوروبي البالغة 30 كيلو واط / م 2 على المباني السكنية للجسور. هناك عدة عوامل تؤثر على هذه القيمة ، ولكن أهمها:

بناء

نوع البناء: منزل الأسرة الواحدة مقابل منزل متعدد العائلات، بناء مدمج مقابل بناء مجزأ، منزل مدرج مقابل مبنى منفصل

-فيزياء البناء: مواد البناء (الطوب والخرسانة والخشب والطين وما إلى ذلك) ومواد العزل

تكنولوجيا الطاقة

-مصدر الطاقة: الغاز والنفط والمضخة الحرارية (الهواء)

-حشوة عازلة : خاصة النوافذ والأبواب

- استخدام حرارة/تبريد هواء العادم

-

على جسور فرانكفورت، هناك طرق بناء مختلفة بمواد بناء وعزل مختلفة.

تُستخدم المضخات الحرارية، المدعومة بالطاقة الحرارية الأرضية على مستوى الأرض، والكهرباء لإنتاج المياه الساخنة كمصادر للطاقة.

يتم تحسين استهلاك الطاقة عن طريق الأختام المناسبة، في أجزاء عن طريق الاستخدام الحراري (الخالي من الترشيح) لهواء العادم وعن طريق أنظمة التحكم المناسبة.

على جسور فرانكفورت ، يتم الجمع بين كلاهما بشكل مبتكر: الهندسة المعمارية الإنسانية الجميلة مع كفاءة الطاقة المحسنة

العمارة الرتيبة محبطة ، في حين أن العمارة الجميلة والناجحة يحبها الناس: إنها مريحة ومبهجة - لقد مر الجميع تقريبا بهذه التجربة من قبل.

من خلال تكنولوجيا الطاقة المبتكرة ، من الممكن تحقيق مجموعة كاملة من خيارات السكن على جسور فرانكفورت التي تفضلها مجموعات مختلفة من الناس: سواء كانت المباني القديمة أو الهندسة المعمارية الحديثة - كل شيء موفر للطاقة وإنساني.

بالإضافة إلى طريقة البناء، تلعب مواد البناء المستخدمة دورًا رئيسيًا في استهلاك الطاقة في المباني

هناك أربعة معايير لمواد البناء لاستخدامها على جسور فرانكفورت:

.1يجب أن يكون لها خصائص عازلة جيدة

.2يجب أن تكون مستدامة مع مراعاة حقيبة الظهر البيئية الشاملة

.3يجب ألا تشكل خطر حريق أو تزيد من خطر الحريق

.4يجب أن تكون خفيفة نسبيًا بسبب ثبات الجسور

●

●

تتمتع كل مادة بناء بنقاط قوتها في مجموعة من معايير التصفية الأربعة ، وبالتالي يتم استخدام مواد مختلفة تمامًا على الجسور ، وفقًا لمفهوم تقديم عرض للابتكارات.

بعضها عبارة عن مواد بناء وطرق بناء تقليدية ومجربة ومُختبرة (مثل الهيكل الخشبي) ، ولكن بعضها أيضًا مواد بناء حديثة ومبتكرة (مثل إنشاءات رابيتز المصنوعة من الحديد المستدير والشبكات السلكية والجص الجيري بالإضافة إلى الجص الأسمنتي الجيري) .

يتم تحديد المواد المستخدمة فيها قسما تلو الآخر ، وفقا للأسلوب المعماري في القسم المعني (على سبيل المثال ، ليس من المنطقي الرغبة في بناء مبان كروية حديثة مصنوعة من نصف الأخشاب الكلاسيكية) وكذلك فيما يتعلق بالموقع.يعد تصميم الجسر نفسه لكل قسم حاسما أيضا في اختيار مواد البناء: على سبيل المثال ، إذا تم تأسيس الجسر في وقت ما بواسطة المزيد من الأعمدة ، فيمكن أحيانا صنع مبنى فوقه من حجر التوفا – على الرغم من أنه أثقل كحجر طبيعي ، على سبيل المثال ، نصف الأخشاب ، إلا أنه لا يزال خفيفا نسبيا ، وجيد جدا للعمل بحرفية ،  مثالي بيئيا ولا يحترق.

تعد أنواع مختلفة من الخرسانة الهوائية واحدة من أهم مجموعات مواد البناء للمباني الموجودة على جسور فرانكفورت نظرًا لخفتها وتصميمها الجيد وخصائص العزل الحراري دون تدابير عزل حراري إضافية

تنتمي الخرسانة الهوائية إلى مجموعة الخرسانة خفيفة الوزن، حتى لو كانت بالمعنى الدقيق للكلمة ليست خرسانية على الإطلاق، لأنها لا تحتوي على أي تجمعات صخرية.

تتمتع الخرسانة الهوائية بخصائص عزل حراري ممتازة، والتي ترجع إلى العديد من الغرف الهوائية الموجودة بالداخل. لهذا السبب، يمكن استخدام الخرسانة الهوائية لإقامة جدران خارجية تلبي معيار المنزل منخفض الطاقة دون تدابير عزل حراري إضافية.

وهو مناسب تمامًا لتصميم مجموعة متنوعة من الأساليب المعمارية وخاصة للمعالجة من قبل الحرفيين.

عيب الكثافة المنخفضة نسبيًا هو فقط خصائص عزل الصوت، وسلوك تعويض الرطوبة ضعيف نسبيًا بسبب العديد من المسام.

ومع ذلك ، هناك بالفعل العديد من الحلول المبتكرة للعيوب من حيث عزل الصوت - أو الحماية من الرطوبة - بحيث تكون الخرسانة الهوائية لجسور فرانكفورت بأشكالها المختلفة مادة مناسبة ، خاصة لأقسام المنطقة في نمط البناء القديم.

تعتمد جسور فرانكفورت أيضًا على مواد البناء التقليدية المستدامة

الخشب والطين كلاهما مستدام ، وخفيف نسبيًا في بعض الإصدارات ، وعازلان جيدًا (مع المعالجة المناسبة) هما مثبطان للهب فقط. بدون مواد تكميلية للعزل أو للتحسين الهيكلي ، لا يمكن لكلا المادتين تحقيق أفضل ما لديهما. على جسور فرانكفورت ، كان الهدف هو تنفيذ طرق البناء الأكثر تنوعًا ومجموعات مواد البناء التقليدية والمستدامة في مبانيهم - اعتمادًا على الطراز المعماري في قسم المقاطعة ، تسود طريقة بناء مختلفة. مصحوبة بالبحث والعلوم ، يجب تحديد أفضل طرق البناء من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والاستدامة على مر السنين. على سبيل المثال ، يعد قسم الجسر فوق ساحة انتظار السيارات في دويتشه بانك أرينا في جنوب فرانكفورت مناسبًا للمنازل نصف الخشبية ، حيث يتم تشييد مدينة فرانكفورت القديمة على مساحة 27000 متر مربع. كانت بعض المنازل في مدينة فرانكفورت القديمة عبارة عن روائع من الفن نصف الخشبي ، والتي لا تزال توفر أجواء معيشية ممتازة اليوم.

منطقة جديدة أخرى: ما يسمى بإنشاءات رابيتز المكونة من حديد دائري ، ودعامات شبكية سلكية ، وقاعدة من الجبس ، وجص من الجير من الداخل ، وجص أسمنت جيرى من الخارج

تعتبر إنشاءات رابيتز مثالية للمباني على الجسور ، حيث أن مادة البناء الرئيسية ، الجبس ، متعددة المواهب: كمنتج طبيعي بحت ، لا يحتوي على ملوثات ، وله انبعاثات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون ويمكن أيضًا إعادة تدويره إلى أجل غير مسمى. بالإضافة إلى ذلك ، بفضل المياه المحاصرة ، فإن الجبس غير قابل للاشتعال وله تأثير مثبط للحريق. بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة ، يتم الاحتفاظ بالحرارة في الجص لفترة طويلة - وهي ميزة كبيرة عند التسخين. يمتص سطحه المسامي الرطوبة جيدًا وبالتالي يمكنه تنظيم مناخ الغرفة.

هناك عيب واحد فقط: الجبس قابل للذوبان في الماء جزئيًا. لذلك يستخدم الجير في الداخل والجص الأسمنتي الجيري في الهواء الطلق. يوجد بينهما مساحة للعزل ، والتي يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مختلفة (العشب ، القنب ، إلخ أو البيرلايت).

يمكن تحقيق قيم النفاذية الحرارية اللازمة بهدف الحصول على طاقة تسخين أقل من 30 كيلو واط / م 2 من خلال المزيج الصحيح من مواد البناء وتكنولوجيا البناء مع المواد المعروضة هنا

تعد جسور فرانكفورت أيضًا عرضًا للابتكار من حيث فيزياء البناء الحديثة، بحيث يمكن تجربة مجموعة متنوعة من مواد البناء والمجموعات وأنظمة العزل والمزيد من البحث في الاختبارات طويلة المدى.

بغض النظر عن نوع البناء ومواد البناء: إن قرار التسخين بالزيت والغاز أو بنظام المضخات الحرارية له أكبر تأثير على هدف الاتحاد الأوروبي البالغ 30 كيلو واط ساعة / م 2 أ للمباني السكنية

تعمل عمليات التدفئة التقليدية عن طريق حرق شيء ما، سواء كان زيتًا أو غازًا أو حبيبات.

على خلفية تدابير خفض ثاني أكسيد الكربون، أصبحت المضخة الحرارية الآن هي الوسيلة المفضلة: لا يتم حرق أي شيء، ولكن يتم استخدام مبدأ يعمل في الاتجاه المعاكس تقريبًا مثل الثلاجة.

تستخدم المضخة الحرارية كمية صغيرة من الطاقة الكهربائية و 75٪ من الطاقة الحرارية (في حالة COP = 4) من البيئة ، مثل الهواء أو الأرض أو محلول ملحي من أنظمة الطاقة الشمسية.

تجلب عمليات الضغط مبردًا متوافقًا بيئيًا إلى مستوى حرارة أعلى من أجل تسخين الماء في أنابيب التدفئة.

سيتم تجهيز جميع المباني على جسور فرانكفورت بأسطح تنشط حراريًا

سواء كان الجدار أو الأرضية أو الشريط أمام النافذة، فإن أنظمة التدفئة لها أيضًا عيوب صغيرة: عليك أن تعرف مكان حلقات التدفئة داخل الحائط حتى لا تدق المسامير فيه عن طريق الخطأ ؛ التدفئة تحت الأرضية بطيئة نسبيًا: لا تريد البدء في التدفئة ظهرًا عندما تعود إلى المنزل في الساعة 8 مساءً. ويمكن لشرائط التدفئة، التي ينفخ منها الهواء الدافئ، أن تثير أيضًا كميات غير سارة من الغبار المشابه لمكيفات الهواء وتمثل مشكلة خاصة لمرضى الحساسية والربو.

من أجل التعويض عن الآثار السلبية لهذه التكنولوجيات الحديثة والصديقة للمناخ على الرفاهية، تم تجهيز المباني أيضًا بمشعات تقليدية صغيرة زائدة عن الحاجة تعمل على درجة حرارة عالية (على سبيل المثال، يتم توليدها بخلايا الوقود). ولا تستخدم هذه المشعات إلا في حالات خاصة، على سبيل المثال عندما تكون هناك حاجة إلى ساعة أو ساعتين فقط من الحرارة في المساء خلال الفترة الانتقالية، وتتفاعل التدفئة الأرضية ببطء بمجرد أن تبدأ وتعيد تسخينها لفترة طويلة ؛ أو في حالة الحاجة القوي على الحرارة في يوم شتاء بارد كدعم.

تدابير أخرى: إغلاق واستخدام حرارة عادم المبنى

تساعد النوافذ والأبواب المغلقة جيدًا، بما في ذلك أبواب التراس والشرفة على توفير طاقة التدفئة، وهي معروفة جيدًا وكانت ممارسة شائعة في المباني الجديدة لسنوات.

أقل شهرة وأقل شيوعًا هو استخدام حرارة هواء العادم من الغرف لتسخين الهواء الوارد مسبقًا. المبدأ بسيط: تريد التخلص من الهواء الدافئ الخانق الذي لا معنى له ، لكنك لا تفتح النوافذ للقيام بذلك ، لكنك تمتص الهواء وتوجهه للخارج عبر أنبوب. يوجد داخل هذا الأنبوب أنبوب ثانٍ يتدفق من خلاله الهواء النقي ولكن الأكثر برودة بشكل ملحوظ. يتم تسخين هذا بواسطة هواء العادم الدافئ قبل قيام تدفئة الأرضية والجدران بالباقي.

العيب الوحيد: إنه نظام يتم فيه توجيه الهواء الوارد من خلال نظام مرشح. وتدفقات الهواء من أنظمة الترشيح - على الأقل بالنسبة لغرف المعيشة - عادة ما تكون غير ممتعة.

يوجد حل لهذا لا يعمل مع مرشح ولكنه مصنوع بالكامل من المعدن أو السيراميك وسهل التنظيف: ما يسمى بالمبادل الحراري الدوار. لأنه لا يوجد تبادل ، ولكن فقط نقل من جانب واحد للطاقة. ومع ذلك ، فإن النتيجة واضحة: يتطلب طاقة أقل لتدفئة الغرفة.