Historische Gebäude

Ziele

Im Projekt KERES wurden konkrete Schadensbilder für bestimmte historische Gebäudetypen und Bauweisen erfasst, die aus dem Einfluss von zu erwartenden Extremwetterereignissen resultieren, um Bedrohungsszenarien für gebautes Kulturerbe regional besser definiert zu können. Auf dieser Basis wurden Anpassungsstrategien entwickelt, um die Auswirkungen von Extremwetterereignissen auf gebautes Kulturerbe zu reduzieren und akute Schadenslagen zu vermeiden.

Projektergebnisse

  • Katalog zu regionaltypischen Bauweisen und Gebäudetypen und deren spezifischer Vulnerabilität in Hinblick auf Extremwetterereignisse, auch als Basis für die Auswahl konkreter Fallbeispiele

  • Erstellung von typisierten Gebäude- und Bauteilsimulationsmodellen auf Basis des Katalogs und Bewertung der typischen Schadensfälle unter Extremwetterereignissen

  • Erstellen von Gebäude- und Bauteilsimulationsmodellen für 5 konkrete Fallbeispiele aus den Liegenschaften der Kooperationspartner und Bewertung der jeweils zugehörigen Schadensfälle unter Extremwetterereignissen

  • Entwicklung einer simulationsbasierten Bewertungsmethodik für Extremwindereignisse in Parkanlagen und Anwendung für einen historischen Landschaftsgarten

  • Katalog von Maßnahmen zur Vermeidung der Wirkungen langanhaltender Hitzeereignisse für historische Gebäude

  • Katalog für Maßnahmen zum konstruktiven Regenschutz und Hydrophobierung bei historischen Gebäuden

VULNERABILITÄT

In diesem Themenbereich werden der Einfluss zunehmender meteorologischer und hydrologischer Extremereignisse auf historische Gebäude und relevante Schadensprozesse erfasst, wobei sowohl die Bausubstanz als auch der Gebäudeinnenraum berücksichtigt werden. Es erfolgt die Identifizierung und Katalogisierung regionaltypischer Bauweisen und Gebäudetypen, um so ein umfassendes Bild besonders vulnerabler Kulturgüter in Deutschland zu erstellen. Außerdem wird ein Kriterienkatalog möglicher Schadensbilder erarbeitet und mit dem Gebäudebestand und typischen Bauschäden an bestimmten Bautypen abgeglichen. Auf Basis dieser Daten werden digitale Simulationsmodelle (Stadtklima-, Gebäude-, hygrothermische Bauteilsimulation) erstellt, um die Einflüsse von Extremwetterereignissen auf Bausubstanz und Innenraum zu quantifizieren:

 

Simulationsmodelle

Abb.: Zur Bewertung typischer Schadensfälle angewandte Simulationsmodelle

1. Stadtklimamodelle

mikroskalige CFD-Strömungsmodelle – detaillierte Repräsentation des zu untersuchenden Gebiets auf Basis eines hochaufgelösten dreidimensionalen semantischen Geometriemodells

Basisdaten: Geodaten, z.B. Gelände, Vegetation (3D), Gebäude (3D, bis LOD2), Landnutzung, Gewässer

Für die Bewertung der Schadensfälle Sturm und Schlagregen sind dabei pro Fallbeispiel mehrere Simulationen notwendig, um die kritischen Windanströmungsrichtungen abzudecken. Die Bewertungen des Schlagregens und der Sturmgefahren für Parkanlagen stellen komplett neue Anwendungsfälle für die Modellierung dar, welche bei der Bearbeitung der Fallbeispiele erst entwickelt und kalibriert werden müssen.

2. Hygrothermische Gebäudesimulation

detaillierte Bauaufnahme der zu untersuchenden Fallbeispiele

Basisdaten: Geometrie des Gebäudes und seiner Umgebung, alle Baukonstruktionen und Fenster inklusive ihrer Materialeigenschaften, Anlagentechnik inklusive ihrer Regelung, Luftwechsel sowie interne Wärme- und Feuchtelasten infolge der Gebäudenutzung.

Simulationsmodelle für die typisierten Gebäude werden auf Basis des Katalogs regionaltypischer Gebäudetypen erstellt. Die Gebäudesimulationsmodelle der Fallbeispiele werden zusätzlich anhand von Messwerten kalibriert, um sicher zu stellen, dass die simulierten Daten der Realität entsprechen und das Modell belastbar ist, um damit Varianten und Schadensfälle zu simulieren. Mittels der Gebäudesimulationsmodelle können dann die Schadensfälle Hochwasser sowie Hitze und Trockenheit bewertet werden.

3. Hygrothermische Bauteilsimulation

detaillierte Erfassung der zu untersuchenden Baukonstruktionen inklusive der physikalischen Eigenschaften der verbauten Materialien

Die hygrothermische Bauteilsimulation erlaubt die Beurteilung des Wärme- und Feuchtehaushalts in mehrschichtigen Bauteilen, sowohl ein- als auch zweidimensional, und wird im Projekt zur Bewertung von Schadensfällen infolge Schlagregen und Hochwasser eingesetzt. Die Bewertung erfolgt spezifisch für jeden Querschnitt und Schadensfall und umfasst Auswertungen für weiterführende Schadensfälle (z.B. Frost, Schimmelpilz- oder Insektenwachstum etc.).

PRÄVENTION

Aufbauend auf den Simulationsmodellen werden Anpassungsstrategien für besonders vulnerable Kulturgüter entwickelt und bewertet. Im Gebäudekontext konzentriert sich KERES auf folgende Punkte:

  • Entwicklung eines Katalogs von Maßnahmen zur Vermeidung der Wirkungen langanhaltender Hitzeereignissen – Maßnahmen zur passiven (z.B. intelligente Verschattungssteuerung, nächtliches Lüften, etc.) als auch aktiven (z.B. Kühlung) Vermeidung.

  • Entwicklung eines Katalogs präventiver Schutzmaßnahmen gegen Schlagregen – Simulation der Wirkungsweise von konstruktivem Regenschutz und Hydrophobierung, einsetzbar zur Vermeidung einer erhöhten Durchfeuchtung von Gebäudebauteilen und in der Folge von Frost, Ausblühungen, Wachstum bauschädigender Pilze und Insekten etc.

Die Anwendbarkeit im Bereich von Kulturgütern im Allgemeinen und für die Fallbeispiele im Speziellen wird zusammen mit den assoziierten Partnern geprüft. Mit Hilfe der Gebäudesimulationsmodelle wird anschließend die Wirksamkeit der ermittelten Anpassungsmaßnahmen in den konkreten Fallbeispielen beurteilt.

Prof. Dr. Ralf Kilian

Leiter „Kulturerbe-Forschung“
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

Fraunhoferstraße 10
83626 Valley

dr. stefan bichlmair

Gruppenleiter „Feuchtemanagement und Materialkennwerte“
Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP

Fraunhoferstraße 10
83626 Valley

Dipl.-Ing. Matthias Winkler

Hygrothermik
Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP

Fraunhoferstraße 10
83626 Valley

Franziska Prell

ehemals Kulturerbe-Forschung
Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP

Fraunhoferstraße 10
83626 Valley