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Mikroklima und Gebäudeumfeld Pflichtfach Klimagerechtes Bauen SoSe 2010 | 06.05.2010

Prof. Dipl.-Ing. M. Sc. Econ. Manfred Hegger

Klimatische Maßstabsebenen Makroklima - Mesoklima - Mikroklima

[Mikroklima] bezeichnet das Klima im Bereich der bodennahen Luftschichten bis etwa 2 Meter Höhe, oder das Klima, das sich in einem kleinen, klar umrissenen Bereich (zum Beispiel zwischen Gebäuden in einer Stadt) ausbildet.

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17. Mai 2009 | Fachbereich Architektur | Institut Entwerfen und Energieeffizientes Bauen | Prof. Manfred Hegger |

Klimatische Maßstabsebenen Makroklima - Mesoklima - Mikroklima

Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Gebäude und seinem anthropogenen oder natürlichen Umfeld sind Entscheidend für die Behaglichkeit in In- und Außenräumen.

Bei Missachtung kann es zu ungewollten Effekten (Heat-Island-Effekt, Fallwinde) auf der Gebäude- aber auch auf Stadtklimatischer Ebene kommen

�� Quelle: Ökologisches Bauen; Krusche et. al.; 1982�


Klimatische Maßstabsebenen Entwicklungen in der Stadtplanung


Klimatische Maßstabsebenen Entwicklungen in der Stadtplanung

Quelle: Energie Atlas; Hegger et. al.; 2007�

Innenstadt von Houston, Texas


Klimatische Maßstabsebenen Entwicklungen in der Außenraumplanung

Tessinerplatz, Zürich�


Klimatische Maßstabsebenen Auswirkungen auf das Klima im Stadtraum

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Klimatische Maßstabsebenen Beeinflussung des Mikroklimas: Autochthone Bauformen

Traditionelle Autochthone Bauformen nutzen die Möglichkeiten zur Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld:

• Gezielte Verschattung von Innen- und Außenräumen




• Gezielte Verschattung von Innen- und Außenräumen • Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung)




• Gezielte Verschattung von Innen- und Außenräumen • Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung) • Querlüftung




• Gezielte Verschattung von Innen- und Außenräumen • Verdunstungskühlung (Adiabate Kühlung) • Querlüftung • Einsatz Wärmespeichernder Materialien


Klimatische Maßstabsebenen Beeinflussung des Mikroklimas: Aktuelle Beispiele

Aktuelle Beispiele für eine Optimierung des Mikroklimas:

Offene Regenwasserführung und -versickerung

Siedlung Küppersbusch, Gelsenkirchen, Szyskowitz Kowalski


Dachlandschaft zur Regenwasserrückhaltung, Wohnbebauung Wien, Delugan + Meissl�

Dachbegrünung



Zur Kompensation der Wärmeemissionen des Jahres-Energieverbrauchs der Schweiz (333`000 Mio. kWh) müsste eine Fläche von 2200 km², also 5% der Landfläche, weiss statt dunkel sein.

Klimatische Maßstabsebenen Beeinflussung des Mikroklimas: Weiß statt grün?


Weißdach

Energietechnik Jenni, Oberburg, CH�

Schaffung von Zwischenklimazonen


Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Waageningen


Klimagerechtes Bauen 01 Mensch und Klima


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Thermische Behaglichkeit Oberflächen- und Raumtemperatur

PET (Physiologisch äquivalente Temperatur o. „gefühlte“ Temperatur):

•  Lufttemperatur •  Strahlungstemperatur •  Wasserdampfdruck (Luftfeuchtigkeit) • Windgeschwindigkeit


Thermische Behaglichkeit Wohlbefinden und Thermische Behaglichkeit

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Thermische Behaglichkeit Lufttemperatur und Oberflächentemperatur

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Thermische Behaglichkeit Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit

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Thermische Behaglichkeit Luftbewegung | Richtwerte DIN 1946-2

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Beschreibung des Meso- und Mikroklimas Notwendige Klimadaten: Diagramme und Tabellen

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Klimadiagramm

• Durchschnittliche Monatstemperaturen • Durchschnittlicher monatlicher Niederschlag

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Beschreibung des Meso- und Mikroklimas Notwendige Klimadaten: Diagramme und Tabellen

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Klimatabelle

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Beschreibung des Meso- und Mikroklimas Notwendige Klimadaten: Grafische Darstellung


Beschreibung des Meso- und Mikroklimas Temperaturverläufe übers Jahr | über den Tag

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ΔT: Tag/Nacht-Temperaturdifferenz


Thermische Behaglichkeit Unterschiedliche Klimatische Anforderungen nach Klimazonen

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Arktis [kalt] | Murmannsk Klimatische Anforderungen nach Klimazonen

Bedingungen: Ganzjährig niedrige Temperaturen, Geringe Solare Einstrahlungen�

Anforderungen: Wärmespeicherung am Tag für Nacht, Erhöhung der Temperatur im Gebäudeumfeld, Reduzierung der Windgeschwindigkeit (vor Allem im Winter), Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im Sommer möglich�


Arktis [kalt] | Murmannsk Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Behaglichkeitsbereich�

Bedingungen: Ganzjährig hohe Temperaturen, Hohe Solare Einstrahlungen, Geringe Luftfeuchtigkeit�

Anforderungen: Minderung der Temperatur im Gebäudeumfeld am Tag, Auskühlung in der Nacht, Erhöhung der Durchlüftung, Erhöhung der Luftfeuchtigkeit möglich

Steppe [trocken-heiß] | Lima Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Bedingungen: Ganzjährig hohe Temperaturen, Hohe Solare Einstrahlungen, Hohe Luftfeuchtigkeit�

Anforderungen: Minderung der Temperaturen am Tag, Erhöhung der Durchlüftung, keine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im Sommer möglich

Subtropisch [feucht-warm] | Dakar Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Bedingungen: Hohe jahreszeitliche Temperaturschwankungen, Hohe Solare Einstrahlungen, Hohe Luftfeuchtigkeit�

Anforderungen: Minderung der Temperaturen am Tag, Erhöhung der Durchlüftung, keine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im Sommer möglich

Subtropisch [feucht-warm] | Tokio Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Bedingungen: Ganzjährig hohe Temperaturen, Hohe Solare Einstrahlungen, Hohe Luftfeuchtigkeit�

Anforderungen: Minderung der Temperaturen am Tag, Erhöhung der Durchlüftung, Erhöhung der Luftfeuchtigkeit möglich�

Mediterran [gemäßigt] | Athen Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Bedingungen: Hohe jahreszeitliche Temperaturschwankungen, Hitze und Kälte, Hohe Luftfeuchtigkeit im Sommer�

Anforderungen: Minderung der Temperaturen im Sommer und Erhöhung im Winter und Übergangszeiten, Speicherung für die Nacht, Erhöhung der Durchlüftung im Sommer, Reduktion im Winter, Keine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit möglich�

Kontinentales Klima [gemäßigt] | Chicago Klimatische Anforderungen nach Klimazonen


Klimagerechtes Bauen 02 Klimatische Verbesserung des Gebäudeumfeldes


Ziele: Verbesserung des Stadtklimas und Attraktiverung des öffentlichen Raumes in Cafés, auf Plätzen und in Parks

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld Ziele: Bessere Nutzbarkeit des öffentlichen Außenraumes


Dänische Königliche Bibliothek, Schmidt, Hammer and Lassen, Kopenhagen

Ziele: Erhöhung [Verlängerung] der Nutzbarkeit des privaten und halbprivaten Außenraumes in Gärten, auf Loggien, Terrassen und Wohnhöfen

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld Ziele: Bessere Nutzbarkeit des privaten Außenraumes


Thalmatt II, Atelier 5, Herrenschwanden�

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld Ziele: Bessere Nutzbarkeit des privaten Außenraumes

Ziele: Erhöhung [Verlängerung] der Nutzbarkeit des privaten und halbprivaten Außenraumes in Gärten, auf Loggien, Terrassen und Wohnhöfen und klimatischen Zwischenzonen

> zur Reduktion der [beheizten] Wohnfläche


Wohnhaus, Georg Reinberg�

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld Ziele: Erweiterung des Wohn- und Lebensraumes auf [unbeheizte] Zwischen- und Außenbereiche

> zur Reduktion der [beheizten] Wohnfläche > Schaffung eines lebendigeren und vielfältigeren Raumangebotes


Fahrt ins Grüne, Kalhöfer – Korschildgen, Remscheid�

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld: Ziele: Erweiterung des Wohn- und Lebensraumes auf [unbeheizte] Zwischen- und Außenbereiche

> zur Reduktion der [beheizten] Wohnfläche > Schaffung eines lebendigeren und vielfältigeren Raumangebotes


Wohnhaus in Santiago de Chile, FAR frohn & rojas, Santiago de Chile�

Beeinflussung des Klimas im Gebäudeumfeld: Ziele: Erweiterung des Wohn- und Lebensraumes auf [unbeheizte] Zwischen- und Außenbereiche

> Schaffung eines lebendigeren und vielfältigeren Raumangebotes


Wohnhaus in Santiago de Chile, FAR frohn & rojas, Santiago de Chile�

Strategien Reflexion [Albedo], Absorption, Speicherung und Emission


Reflexionsvermögen (Albedo), Absorptions- und Speichervermögen, Emissionsvermögen, (Krusche S.35/36)

Strategien Reflexion [Albedo], Absorption, Speicherung und Emission

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Strategien Reflexion [Albedo]

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Reflexionsgrad [Albedo] verschiedener Fassaden- und Dachmaterialien sowie Bodenbelägen


Strategien Reflexion und Absorption

Abhängigkeit von Lufttemperatur und Albedo

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Abhängigkeit von Lufttemperatur und Art des Bodenbelags

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Verbesserung des Mikroklimas durch gezielte Reflexion, Absorption und Speicherung solarer Wärme mit Hilfe von Vorzonen, Vordächern, Dachüberständen

Quelle: Ökologisches Bauen; Krusche et. al.; 1982�


Strategien Verschattung und Besonnung



Verbesserung des Mikroklimas durch gezielte Verschattung und Besonnung mit Hilfe von Pflanzen [Bäume, Hecken]

Auswahl nach Schattenwurf, Laubart, etc.




Verbesserung des Mikroklimas durch gezielte Verschattung und Besonnung mit Hilfe von Fassadenbegrünung




Erhöhung der Reflexion und Verbesserung der Belichtung, durch Wasser- und Kiesflächen



Strategien Adiabate Kühlung [Latente Wärme]


Wohnbebauung Küppersbuschgelände, Gelsenkirchen, Szyskowitz Kowalski�


Für den Übergang von Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand [Verdampfen] muss Energie zugeführt werden. Die dazu benötigte Energie wird der Umgebungsluft [als Wärme] entzogen und kühlt sie dabei ab. Man spricht dabei von Verdunstungskälte (der Umgebung) bzw. Verdampfungswärme.




Alhambra, Granada

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Wohnbebauung Küppersbuschgelände, Gelsenkirchen, Szyskowitz Kowalski�Autobahnraststätte bei Abbeville (F)1998, Bruno Mader



Strategien Entsiegelung, offene Versickerung und Dachbegrünung



Strategien Heat-Island-Effekt | Entsiegelung und offene Versickerung


Durch Erhöhung der Ausnutzungsziffer (GFZ) kann die Frei- und Versickerungsfläche um ein Vielfaches vergrößert werden.




Ab Gebäudehöhen oberhalb der Baumgrenze (3 bis 4-geschossig) steigt der Flächenzuwachs jedoch nur noch gering.

Hochhäuser bringen kaum Zuwachs an Grünflächen.




Dachlandschaft zur Regenwasserrückhaltung, Forschungszentrum Wageningen, Behnisch und Partner�

Strategien Heat-Island-Effekt | Dachbegrünung


Strategien Heat-Island-Effekt | Dachformen und Dachbegrünung


Strategien Wind und natürliche Belüftung



Strategien Wind und natürliche Belüftung | Seewinde

Beachtung und Nutzung von Land- und Seewinden [Thermik]

zur Kühlung und Belüftung von Außen- und Innenräumen

zur Senkung der Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht



Strategien Wind und natürliche Belüftung | Hang- und Talwinde

Beachtung und Nutzung von Hang- und Talwinden [Thermik]

zur Belüftung von Außen- und Innenräumen und zur Steuerung von Kaltluftströmungen




Strategien Wind und natürliche Belüftung | Topografische Lage

Die Topografische Lage beeinflusst das Mikroklima im Gebäudeumfeld > zusätzliche Wärmeverluste von bis zu 100%



Strategien Wind und natürliche Belüftung | Frischluftzufuhr

Die Frischluftzufuhr von Städten – insbesondere in Frischluftschneisen - wird durch Bebauungshöhe und Bebauungsart gesteuert


Strategien Wind und natürliche Belüftung | Bebauungsdichte und -höhe



In Stadtzentren kann die Windgeschwindigkeit in Bodennähe um bis zu 35% geringer sein als im freien Gelände.


Strategien Wind und natürliche Belüftung | Bebauungsstruktur



Die Höhe und Stellung von Gebäuden kann aber auch zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit oder zu Verwirbelungen führen.


Strategien Wind und natürliche Belüftung | Windschutz


Über Höhe und Art von Bepflanzungen [Hecken, Bäume] kann die Windgeschwindigkeit beeinflusst werden.

Quelle: Katzschner�


Strategien Kombination von Maßnahmen


Strategien Kombination von Maßnahmen

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Temperaturerhöhung und Klimaausgleich des Sees

Erhöhung der Sonneneinstrahlung durch Reflexion an der Wasseroberfläche und durch die weißen Mauern

Ablenken der nächtlichen Kaltluftströmung des Hangs durch höhere Umfassungsmauern

Strategien Kombination von Maßnahmen – Zitronenkulturanlagen am Gardasee




Strategien Kombination von Maßnahmen – Limone, Largo di Garda

Klimagerechtes Bauen 03 Nutzung des Mikroklimas zur

Klimatische Verbesserung des Innenraumklimas


Strategien Zonierung | konzentrisch, linear, geschossweise

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Durch unterschiedliche Zonierung und Orientierung der Räume in Grundriss und Schnitt kann das Mikroklima zur Verbesserung des Innenraumklimas und zur Reduktion der Energiebedarfe genutzt werden.


Strategien Zonierung | gedeckte Außenbereiche


Durch unterschiedliche Zonierung und Orientierung der Räume in Grundriss und Schnitt kann das Mikroklima zur Verbesserung des Innenraumklimas und zur Reduktion der Energiebedarfe genutzt werden.

Nutzung von gedeckten Außenbereichen zur Wohnraumerweiterung


Strategien Natürliche Belüftung | Querlüftung

Möglichkeit zur vollständigen Öffnung von Innenräumen und gedeckten Außenbereichen zur Querlüftung


Strategien Natürliche Belüftung | Querlüftung

Izuna House, Honshu ��

Möglichkeit zur vollständigen Öffnung von Innenräumen und gedeckten Außenbereichen zur Querlüftung


Strategien Natürliche Belüftung | Auftrieb und Kamineffekt

Quelle: SolPower, Behling�

Nutzung des natürlichen Auftriebs und des Kamineffekts zur besseren Belüftung von Innenräumen

Belüftung eines Termitenhügels


Strategien Natürliche Belüftung | Auftrieb und Kamineffekt

Quelle: Technologie des ökologischen Bauens, Daniels�

Nutzung des natürlichen Auftriebs und des Kamineffekts zur besseren Belüftung von Innenräumen


Strategien Natürliche Belüftung | Kamineffekt


Nutzung der vorherrschenden Windrichtungen zur besseren Belüftung von Innenräumen




Nutzung der vorherrschenden Windrichtungen und des Kamineffekts zur besseren Belüftung von Innenräumen

Windtürme in Heyderabad



Universitätsgebäude Leicester, Short & Ford




Arup Campus, Arup Associeates, Solihull

Quelle: Energieeffizientes Bauen, Hawkes, Dean, Forster�



Arup Campus, Arup Associeates, Solihull

Schaffung von Synergien:

Kombination mit der Verbesserung der natürlichen Belichtung

Schaffung von Gemeinschafts- und Begegnungsflächen


Strategien Natürliche Belüftung | Venturiflügel

Design Center Linz, Thomas Herzog

Natürliche Belüftung von großflächigen und nutzungsflexiblen Hallen


Strategien Natürliche Belüftung | Venturiflügel

Design Center Linz, Thomas Herzog


Klimagerechtes Bauen 04 Beispiele


Beispiele Wald- und Naturforschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen


Beispiele Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen


Beispiele Forschungszentrum, Behnisch und Partner, Wageningen

Natürliche Belüftung und Klimatisierung der Büros

Reduktion der Zulufttemperaturen durch Adiabate Kühlung

Reduktion der beheizten Nutzfläche durch Verlegung der Erschließung in die Atrien


Beispiele Prisma- Haus, Auer Weber + Partner, Frankfurt



Beispiele Fortbildungsakademie Mont-Cenis, HHS mit Jourda et Perraudin, Herne

Beispiele GSW Hauptverwaltung, Sauerbruch Hutton, Berlin

Umbau, Erweiterung und Sanierung eines bestehenden Hochhauses



Venturiflügel zur Verbesserung des Auftriebs in der Doppelfassade

Spoiler zur Reduktion von Fallwinden



Sonnenschutz in der Doppelfassade ermöglicht eine natürliche Belüftung der Büros



Entwicklung von Belüftungselementen zur Querlüftung der Einzelbüros unter Einhaltung der Brandschutzabforderungen


Beispiele Wissenschaftspark, Kiessler + Partner, Gelsenkirchen



Beispiele Bürogebäude Biotop, Georg Reinberg, Weidling




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Wohnbebauung Küppersbuschgelände, Gelsenkirchen, Szyskowitz Kowalski�WoWoWWWWoWoWoWWWWWWoWoWWWWWWWWWWWWWWW hnhhhhhnhnhnhnhnhhhhhhhhhhhhnhnhhhnhhhhnhhhhhhhhhhhhhhhh bebbebebebebebbbbbebebbbbbebebbebebbbbbebbbbbebebbbbebbbbbbb baababbabababababababbbbababbbbababbbbbbabbabbbababbbbaaaaababbaaaaaaaaaabbabaaaabaababaabaaauuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuunngnnngngngnggngngngnnnnngnggggggngngnngngngnnngggggngngngnnngnnggggngnnnnggggnngngngggggnnnngngngggngnngngnngggnngngggnngggggggggggggggggggggg K KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK KKKKKKKKKKKüpüüpüpüpüüpüüpüüppüpüpüpüpüppüpüüüppüüüpüüpüpüpüppppppüüpüüüpüpppüppppppüüüüpüüpüüppppppüüüüüüüpüpüppüüüüppüpüüüüüpüüüüpppüüüüpüüüüüpüppüüppppppppepepepeepepeepeppepppepepepepepeeepeppeepepepepepepepeepepepepepepeeepepeepepeeppepppp rsrsrsrsrsrsrsrsrsrsrsssrsrrssssrsrsrssssrrsssrsssssssrsrsrssrsssssrrrssrrrrsssssssssrsrsrsssrssbbbbubuububububububububuubububbbubububububbububububububbbuubbbbbbuuubbbububuubbbbbubbuuububbbuububbbuuuuubbuuuuuuuuuubbbbbbbuuuuuuubbbuuuuuuuuububuuuubbb ssscscscsccscscscscsssssscsscscssccsccsccsssssscssccsccccssscscscsccsccssscscsccccsccssssscsssccccsssssssssccscsccccsssssssscccscssssscscsccscscsssssccccsccsssscssss hhghhghghghhghgghhghghhhhhhghghghhghghghhhhghhghghhghghghhghghghghghghghghhghhhghghhhhghghhghgg lellellelleleelelleleeeleleeleeleeeleleeeeeeele änäänänännänänänänänäänänänänääänäänääääänäänänänännnnnnäänännnnänndededededdededededdeddeddedededededededdddededeededdddedededddedddddeeeedeeddeeeeddedeeedddededeedde, ,, , ,,,,,, , GGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeGeeeeGeGGGGeGeGGeGeGeeeGGeeeGGGGeG lslsslsssllsslslsslslslslslssssslsssllslsllslsssslslslssssl eneneneenenenenenenenennenennneneenenneneneeeneneneneennneneeeneeeeeeneeeennkikikikikikikikikikkkkkkkikikikkkiikikikkkkkkkkkkkircrcrcrcrcrcrccrcrcrrcrcrrcrrcrccccrrrccrrrrcc ehhhhhhehehhhehehhehhehhhhheheeeehehhhehehehheehheheheehennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn,nnnnnn,n,n,n,,n,,nnn,,,n SS SSSSS SSSSSSSSSSSSSSS SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS SSSS SSSSSSSSzzyzyzyyyyyzyzyzzzzzyzzyzyyzzzzzyzyzzzyyzzzzyzyzyzyzyyyyyzyzzzyzzyyzyzzzzyzzzyyzyyzzzyyyzyzzyzzzzzzyzyzzzzyzyzzyzyy kskskskskskskksksksksksskskkskkkkksskkkskssskskkskskkskskkskskskskskskssskssssssskskkkskssskskskkskskkkkssskksksssskkkskkskskkkkkkksssskkssksksskkkoowoowowowowowowwowowowowwwooowowowoowoowwwwwowowowowowowowwwowowowowowowwwowowwoowoowwwowowooooowwwwoooowooowwwwooooowwwooooowwwwowwwwwoowwwwittttitititittititittititttittiitttiitttitittittttiittttittiittittttitiiittiiitttiiittttzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz zzzzzzzzzzzzzzzzzzz KKoKoKoKoKoKKoKoKoKoooKKKoKoKoKoooooKoKKKKooKKoKoKoKKKKoKKKKKoKKKKoKoKooKKKKooooKKoooooooK wwawawawwawawawawwawawawaawaawawwwawwawwwawaawawawawawaaawawawwwaawawwwwaaaaaawwwwawwwaaaaaawwwaaaaawawwwawaaaawwaaaaaawawwwaaaaaawwwaaawwwaa sllsslslslsslslllslsslsllslslslslslslsllssslssllssssllslsslsssslssllsllsssslllsssslssssslssssslsslssslssslsssssskkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk

Winter

Bürogebäude Fm Biotop, Weidlingen, Georg Reinberg



Nächste Vorlesung: 20.05.2010 | 10:00 h Typologien | Wohnungsbauten

Ausblick Pflichfach Klimagerechtes Bauen


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