Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden – Mikroklimatische

Transcription

Bergische Universität Wuppertal
Energieoptimiertes Bauen:
Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden –
Mikroklimatische und baukonstruktive Einflüsse
Förderkennzeichen:
0327386A
Schlussbericht
Projektnehmer
Fachbereich Architektur
Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung, b+tga
Prof. Dr.-Ing. Karsten Voss
Haspeler Str. 27
42285 Wuppertal
Projektgruppe
 Bergische Universität Wuppertal
 Siegenia-Aubi KG, Wilnsdorf
 Schüco International KG, Bielefeld
Wuppertal, Dezember 2010
b+tga
Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung
1 Vorwort
Der vorliegende Abschlussbericht bezieht sich auf das Forschungsprojekt „Energieoptimiertes Bauen: Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden – Mikroklimatische und
baukonstruktive Einflüsse“.
Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie auf Grund eines Beschlusses des
Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 0327386A gefördert. Die
Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.
Im Kontext dieses Forschungsprojekts wird eine Dissertation erstellt, die im Jahr
2011 veröffentlicht wird.
Die Projektbeteiligten:
Fachbereich D, Abteilung Architektur
Haspeler Str. 27
42 285 Wuppertal
Schüco International KG
Postfach 10 253
33 525 Bielefeld
Siegenia Aubi KG
Industriestr. 1 - 3
57 234 Wilnsdorf-Niederdielfen
Der Bericht umfasst 161 Seiten.
Bergische Universität Wuppertal,
Wuppertal, Dezember 2010
.................................................
..................................................
Dipl.-Ing. Tjado Voß
Projektleitung
Seite 2 von 161
b+tga
2 Kurzfassung
Zunehmend wurden in den letzten Jahren Nichtwohngebäude mit dezentralen, außenwandintegrierten Lüftungssystemen ausgestattet. Die Luft wird dabei nicht mehr zentral zugeführt
und konditioniert, sondern dezentral, am Gerät im jeweiligen Raum. Viele dieser Geräte, integriert in Außenwand oder Fußboden, können individuell geregelt und somit genau auf betriebliche Erfordernisse sowie Wärme- und Komfortansprüche der Beschäftigten angepasst
werden. Neben solchen Vorteilen ist ihr Nachteil die hohe Komplexität in Verbindung mit der
dezentralen Wartung- und Instandhaltung einer Vielzahl von Geräten. Anforderungen zur
Vermeidung von Schallemission der eingebauten Ventilatoren erfordern spezielle Aufwendungen. Neben solchen komplexen, aktiven Geräten mit integrierter Heiz- und Kühlfunktion
kommen auch passive Zuluftelemente in Verbindung mit zentralen Abluftanlagen zum Einsatz.
Sämtlichen Konzepten gemeinsam – und oft planerisch vernachlässigt – ist die Tatsache,
dass die Funktion und der Energieeinsatz stark von den mikroklimatischen Verhältnissen an
der Fassade abhängig. Die vorliegende Untersuchung konzentriert sich auf die Klärung der
relevanten Einflüsse auf die mikroklimatischen Verhältnisse an Fassaden und die daraus
Literaturrecherche
resultierende Bedeutung
für die Zulufttemperatur bei dezentralen Lüftungssystemen.
Feldmessungen
Experimentalfassade
Simulation
Analyse und
Dokumentation
Den Schwerpunkt der vorliegenden Forschungsarbeit bilden die experimentellen
Untersuchungen. Dazu wurden sowohl
Feldmessungen durchgeführt als auch
Detailmessungen an einer spezielle dafür
errichteten Experimentalfassade auf dem
Campus der Universität Wuppertal. Dabei
lag der Fokus auf Anlagen mit passiv arbeitenden Zuluftelementen. Die experimentellen Arbeiten wurden durch Simulationsrechnungen ergänzt, um abschließend
Planungsempfehlungen auszuarbeiten.
Planungs- und
Produktempfehlungen
Abb. 1: Projektstruktur
Für die Feldmessungen wurden 8 Bürogebäude (5 Neubauten, 3 Bestandsgebäude, davon 2
saniert) innerhalb Deutschlands ausgewählt, die sich in folgenden Punkten stark unterscheiden: Klimaregion, bauliches Umfeld, Fassadengestaltung sowie Bauform und Anordnung der
Lüftungselemente. Ziel war es, einen repräsentativen Querschnitt praxisrelevanter Fälle abzubilden. An den Gebäuden wurden jeweils die mikroklimatischen Verhältnisse an den Fassaden und die thermische Beeinflussung der Zuluft beim Durchströmen der Lüftungselemente gemessen. Das standortspezifische Referenzklima wurde mittels einer mobilen Wetterstation erfasst.
Neben den Feldmessungen wurde ein Messraum errichtet. Durch zwei Lüftungselemente,
austauschbare Fassadenverkleidungen und der Möglichkeit zur Integration von Phasenwechselmaterial in den Zuluftweg, ließen sich unterschiedliche Situationen nachbilden. Die
messtechnische Ausstattung war eng an die der Feldmessungen angelehnt. Im Unterschied
zu den Feldmessungen konnte im Messraum durch automatisierte Steuerung der technischen Anlagen definierte Versuchsreihen durchgeführt werden.
Seite 3 von 161
b+tga
Im Nachgang zu den Experimenten wurden dynamische Simulationsrechnungen durchgeführt und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Dabei wurden Zusammenhänge
zwischen der solaren Einstrahlungsintensität an der Fassade, den Windgeschwindigkeiten,
der Fassadenbeschaffenheit und den Ansaugtemperaturen erkannt.
Aus der Zusammenführung der Ergebnisse aus der experimentellen und theoretischen
Untersuchung der Phänomene wurden besonders vorteilhafte Lösungsansätze der Konstruktion und Gestaltung von dezentralen Lüftungssystemen entwickelt und Planungsempfehlungen für den Einsatz in Bürogebäuden hergeleitet. Diese Planungsempfehlungen stellen
unter anderem zusammen, unter welchen Bedingungen mit welchen Temperaturänderungen
in der Praxis gerechnet werden muss. Diese Angaben fließen in Auslegungsrechnungen für
wärme- und kältetechnische Anlagen bzw. raumklimatische Simulationen ein.
Seite 4 von 161
b+tga
1 Vorwort .............................................................................................................................. 2
2 Kurzfassung ...................................................................................................................... 3
3 Stand der Forschung ........................................................................................................ 7
3.1 Lage ............................................................................................................................ 7
3.2 Fassade ....................................................................................................................... 9
3.3 Außenluftansaugung & Fassadendurchführung ......................................................... 10
3.4 Vor- und Nachteile dezentraler Lüftungstechnik ......................................................... 11
4 Feldmessungen an in Betrieb befindlichen Bürogebäuden ........................................ 13
4.1 Verwendete Messtechnik ........................................................................................... 13
4.2 Untersuchte Gebäude (Gebäudeportraits) ................................................................. 15
APO 23, Geschäfts- und Wohnhaus, Neheim ......................................................... 15
Athmer, Bürogebäude, Arnsberg ............................................................................ 17
Haspel, Universitätsgebäude, Wuppertal ................................................................ 19
KfW-Bank, Bürogebäude, Frankfurt a.M. ................................................................ 21
REB, Bürogebäude, Remscheid ............................................................................. 23
SIC, Mehrzweckgebäude, Freiburg ......................................................................... 25
TRI-Haus, Büro- und Geschäftshaus, Neheim ........................................................ 27
Imtech, Bürogebäude, Hamburg ............................................................................. 29
4.3 Typologie der Mess-Objekte ...................................................................................... 31
4.4 Durchführung der Messungen (Objektdetails) ............................................................ 32
APO23, Geschäftshaus, Neheim ............................................................................ 34
TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim ........................................................................ 35
4.5 Typologie der Messungen .......................................................................................... 39
4.6 Messungen und Analysen .......................................................................................... 39
APO23, Geschäftshaus, Neheim ............................................................................ 51
TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim ........................................................................ 55
Zusammenfassung ................................................................................................. 80
Seite 5 von 161
b+tga
5 Experimentelle Untersuchungen an einem Messraum ................................................ 84
5.1 Konstruktion und Ausstattung .................................................................................... 84
5.2 Verwendete Messtechnik ........................................................................................... 88
5.3 Anlagensteuerung ...................................................................................................... 89
5.4 Mess-Konfigurationen ................................................................................................ 91
5.5 Typologie der Messkonfigurationen ........................................................................... 94
5.6 Messungen und Analysen .......................................................................................... 94
Diagramm-Erläuterungen........................................................................................ 94
Oberes Lüftungsgerät ............................................................................................. 98
Unteres Lüftungsgerät .......................................................................................... 102
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten ....................................... 106
Unteres Lüftungsgerät + weiße Faserzementplatten ............................................. 110
Unteres Lüftungsgerät + PCM .............................................................................. 114
Unteres Lüftungsgerät + leere PCM-Box .............................................................. 118
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten + PCM ........................... 122
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementpl. + leere PCM-Box .................. 126
Zusammenfassung ............................................................................................... 130
6 Analyse der Messergebnisse mittels Thermischer Gebäudesimulation................... 134
6.1 Simulations-Modell „BTGA-Box“ .............................................................................. 134
6.1.1
Konstruktion und Bauteile............................................................................134
6.1.2
Berechnung der Wärmeübergangskoeffizienten ..........................................137
6.1.3
Berechnung der Zulufttemperaturen ............................................................138
6.1.4
Technische Anlagen und deren Steuerung ..................................................141
6.1.5
Klimatische Randbedingungen ....................................................................143
6.1.6
Validierung ..................................................................................................144
6.2 Ergebnisse der Simulationen ................................................................................... 147
6.2.1
Einflüsse aus Wahl der Wetterdaten ...........................................................147
6.2.2
Einflüsse der Ansaugkonfiguration ..............................................................149
6.3 Zusammenfassung .................................................................................................. 151
7 Fazit und Planungsempfehlungen ............................................................................... 155
7.1 Lüftungselemente .................................................................................................... 155
7.2 Fassadengestaltung ................................................................................................ 156
7.3 Umgebung ............................................................................................................... 157
8 Literatur- und Quellenangaben .................................................................................... 159
Seite 6 von 161
b+tga
3 Stand der Forschung
3.1 Lage
Die Lage eines Gebäudes lässt sich zunächst nach überregionalen
klimatischen und windtechnischen Merkmalen klassifizieren. So ist
Deutschland nach DIN 4108-2 [29] in sommerkühle, gemäßigte und
sommerheiße Regionen eingeteilt (vgl. Abb. 2). Eine vergleichbare
Einteilung in 4 Windzonen wurde in DIN 1055-4 [2] vorgenommen (vgl.
Abb. 3). Daneben stellt der Deutsche Wetterdienst für Deutschland eine
Karte mittlerer Windgeschwindigkeiten zur Verfügung [1].
Abb. 2: Sommer-Klimaregionen für den
sommerlichen Wärmeschutznachweis.
(Bild: DIN 4108-2)
Abb. 3: Windzonenkarte nach DIN 1055-4
zur Bestimmung von Windlasten an Gebäuden. (Bild: DIN 1055-4)
Die Klassifikation der Gebäudelage wird durch das Umfeld weiter verfeinert. Hier lassen sich ländliche, vorstädtische, städtische und innerstädtische Lagen unterscheiden. In [4] ist eine Temperaturverteilung
aufgezeigt, die ausgehend vom ländlichen Umland hin zum Stadtkern
steigende Temperaturen prognostiziert. Im Innenstadtbereich können
demnach an sonnigen Nachmittagen die Lufttemperaturen bis zu 2,5K
höher als im Umland sein. In [5] werden für Berlin in Sommerperioden
sogar bis zu 10K bzw. im Jahresmittel 3K höhere Innenstadttemperaturen genannt. Ursache für die Ausbildung solcher „Wärmeinseln“ ist die
starke Absorption von solarer Strahlung an Gebäuden und versiegelten
Flächen [4]. Verstärkt wird der Effekt durch die Abwärme von Klimaanlagen im Sommer [7] bzw. die Gebäudebeheizung im Winter. Zusätzlich
ist der durch Verdunstung an Pflanzen hervorgerufene Kühleffekt auf
Grund geringer Vegetationsdichten in städtischen Lagen sehr gering [4].
Nachts ist es in Städten ebenfalls wärmer. Ursächlich ist die im Vergleich zu Grünflächen höhere thermische Speicherkapazität von Gebäuden und asphaltierten Flächen. Begünstigt wird sowohl die Erwärmung
am Tage als auch die verzögerte Abkühlung in der Nacht durch reduzierte Windgeschwindigkeiten in stark bebauten Lagen. In [6] sind
Formeln dargestellt, mit denen Windgeschwindigkeiten von meteorologiSeite 7 von 161
b+tga
schen Messstationen auf die größeren Bodenrauhigkeiten in Städten
bzw. auf andere Höhen umgerechnet werden können.
Abb. 4: Temperaturverteilung über einer Stadt am Nachmittag eines sonnigen Tages.
(Bild: [4])
In einem weiteren Verfeinerungsschritt wird die unmittelbare Umgebung
eines Gebäudes betrachtet. Hier können Nachbargebäude oder Bäume
einzelne Fassadenbereiche verschatten. Auch kann die Anordnung von
Gebäuden in der unmittelbaren Umgebung die Windverhältnisse beeinflussen. In [6] sind verschiedene Gebäudeanordnungen und deren
qualitative Auswirkungen auf die Windströmungen dargestellt. Besonders starke Beeinflussungen von Wind- und Temperaturverhältnissen
treten in Straßenschluchten auf. Dazu wurde in [8] ein Computermodell
entwickelt, mit dessen Hilfe aus meteorologischen Wetterdaten die Verhältnisse in Straßenschluchten abgeschätzt werden können. Die dort zu
erwartenden Windgeschwindigkeiten können mit einem in [9] präsentierten Computer-Modell prognostiziert werden.
Abb. 5: Beispiel für die qualitative Beeinflussung von Windströmungen durch Gebäude.
(Bild: [6])
Bei der detaillierten Betrachtung eines Standortes ist ferner zu berücksichtigen, dass ein (neu zu errichtendes) Gebäude seine Umgebung
selber beeinflusst [33]. Großen Einfluss haben hier neben der Geometrie
des Baukörpers die Gestaltung von Fassaden, Dachflächen und Wegen
sowie die Anordnung von Pflanzen und Bäumen im Nahbereich.
Seite 8 von 161
b+tga
3.2 Fassade
Die Gebäudehülle prägt neben dem optischen Erscheinungsbild eines
Gebäudes auch maßgeblich das Innenraumklima. Hier sind neben dem
Fensteranteil insbesondere Wärmedämmung, Farbe und Wärmekapazität der opaken Fassadenbestandteile maßgeblich. Dunkle Fassadenflächen absorbieren viel Solarenergie. In Folge dessen erwärmen sie
sich und die angrenzende Luftschicht stark. Die dabei entstehenden
Auftriebsströmungen bilden mit zunehmender Gebäudehöhe eine dicker
werdende Grenzschicht. Ohne störende Windeinflüsse erreicht sie bei
einer Temperaturdifferenz von 20K zwischen Luft und Fassadenoberfläche in 20m Gebäudehöhe bereits eine Ausdehnung von knapp 1m
[10]. Die thermisch induzierten Vertikalströmungen können sich nur bei
Windgeschwindigkeiten unter 2 bis 3m/s entwickeln [11]. Solch geringe
Windgeschwindigkeiten treten jedoch in sommerlichen Schönwetterphasen vermehrt auf. Messtechnische Untersuchungen zur Ausbildung
von thermischen Grenzschichten an 3 Berliner Hochhaus-Fassaden sind
in [12] dargestellt. Dabei wurden bis zu einem Abstand von 20cm von
der Fassadenoberfläche wesentliche Temperaturänderungen gemessen.
Abb. 6: zeitlicher Temperaturverlauf an der Fassade der 8. Etage des rechts
abgebildeten berliner Hochhauses. (Bilder: TU-Berlin)
In verschiedenen Studien wurde die Bedeutung der Fassadenfarbe auf
die Oberflächen- und Raumtemperaturen untersucht. So wurde in [13]
gezeigt, dass ein weißer Anstrich bei Gebäuden in massiver Bauweise
die Innenraumtemperatur gegenüber grauen Fassadenoberflächen um
3K reduziert. Bei Testraumzellen in Leichtbauweise wurden Innenraumtemperaturunterschiede von 12K zwischen schwarz und weiß gestrichenen Fassaden gemessen [14]. Beide Untersuchungen wurden an kaum
wärmgedämmten Objekten durchgeführt. Heute in Deutschland übliche
Wärmdämmstandards führen zu deutlich geringeren transmissionsbedingten Solareinflüssen auf die Raumtemperaturen.
Als besonders effektiv zur Reduktion der Oberflächentemperaturen hat
sich der Anstrich mit sog. „kühlen Farben“ erwiesen. Diese Farben unterscheiden sich im sichtbaren Spektrum nicht von herkömmlichen, reflektieren jedoch Infrarotstrahlung wesentlich stärker. Der große Kühleffekt kommt zu Stande, weil mehr als 50% der Solarenergie im Infrarotbereich eingestrahlt wird [4]. In [16] wurden 14 solcher Farben verglichen. Dabei lagen die Oberflächentemperaturen besonders wirkungsSeite 9 von 161
b+tga
voller weißer Farben nur 2K über denen der umgebenden Luft. Die
untersuchten silbrigen Farbtöne wiesen deutlich höhere Oberflächentemperaturen auf. In der Nacht kühlten sich alle Oberflächen etwa 6K
unter die Lufttemperaturen ab. Es zeigte sich jedoch, dass im Verlauf
der dreimonatigen Studie das Reflektionsvermögen einiger Farben
durch Witterungseinflüsse und Verschmutzung nach ließ. Änderungen
der Reflektionsgrade nach 3 Jahren sind auch in [4] dokumentiert.
In [17] wurden die Auswirkungen von stark infrarot-reflektierenden Anstrichen auf 2 fensterlose Raumzellen untersucht. Dabei traten im Sommer gegenüber dem mit einer herkömmlichen Farbe versehenen Referenzraum bis zu 20K niedrigere Oberflächen- und um 2K niedrigere
Raumtemperaturen auf. Im Winter lagen die mittleren Oberflächentemperaturen an der Süd-Fassade etwa 8K bzw. die Innenraumtemperaturen 2K unter denen des Referenzraums. Der Autor kommt zu dem
Ergebnis, dass der Einsatz hoch reflektierender Farben am Untersuchungsort Shanghai auf Grund der reduzierten solareren Wärmeeinträge im Winter einen erhöhten Jahresenergieverbrauch zur Folge hat.
Eine adaptive Möglichkeit die sommerliche Fassadenerwärmung zu reduzieren, im Winter aber solare Gewinne zu nutzen bietet die Fassadenbegrünung. Hier wird die Fassadenoberfläche im Sommer durch
Pflanzenblätter vor solarer Strahlung geschützt, zusätzlich werden durch
Verdunstungskühle die Temperaturen im fassadennahen Bereich gesenkt. Im Winter, wenn der Bewuchs seine Blätter verloren hat, wird die
Fassade, besonnt. Untersuchungen zur Fassadenbegrünung wurden an
der Humboldt Universität in Berlin durchgeführt [18]. Dieser Ansatz birgt
jedoch Probleme bezüglich des Brandschutzes und der Luftreinheit, insbesondere bei geöffneten Fenstern (Eindringen von Insekten).
3.3 Außenluftansaugung & Fassadendurchführung
Bei dezentralen, außenwandintegrierten Lüftungssystemen wird die Zuluft an der Fassade des jeweiligen Raumes angesaugt. Dies kann bei
starken Windan- und abströmungen zu variierenden Volumenströmen
führen. Wird eine hohe „Verfügbarkeit“ der Lüftung verlangt, ist nach [6]
eine entsprechende Geräteklasse zu wählen.
Bei geringen Windgeschwindigkeiten und hohen Strahlungsintensitäten,
ist die unmittelbar an der Fassadenoberfläche angesaugte Luft deutlich
wärmer als die Umgebungsluft (vgl. Abb. 6). Im Winter, wenn geringe
Windgeschwindigkeiten jedoch vergleichsweise selten auftreten, reduziert dies den Heizenergiebedarf. Im Sommer muss die zusätzliche
thermische Energie im Lüftungsgerät oder im Raum abgebaut werden,
andernfalls führt sie zu er- bzw. überhöhten Raumtemperaturen.
Nach [10] ist der Temperaturzuwachs in der Fassadengrenzschicht
gegenüber der Umgebungsluft so groß, dass er bei der thermischen
Gebäudesimulation bzw. der Auslegung des Kühlsystems berücksichtig
werden muss. Außerdem wird zur Kompensation dringend eine Zuluftkühlung empfohlen. Eine Möglichkeit dies mit Hilfe von Latentwärmespeichern, ohne Kaltwassernetz, zu realisieren wird in [20] gezeigt (vgl.
auch Abb. 8).
Es bestehen auch konstruktive Möglichkeiten, die Ansaugtemperaturen
zu reduzieren. So führt die Anordnung der Ansaugöffnungen oberhalb
Seite 10 von 161
b+tga
von weniger stark absorbierenden, also potenziell kühleren Flächen, wie
z.B. Fenstern, zu niedrigeren Eintrittstemperaturen [19].
Darüber hinaus haben die Form der Ansaugöffnung und die Ansauggeschwindigkeit Einfluss darauf, aus welchen Grenzschichtregionen die
Luft angesaugt wird. Dies ist von Bedeutung, da die Grenzschichttemperaturen bereits im geringen Abstand zur Fassadenoberfläche stark abnehmen (vgl. Abb. 7). Basierend darauf wird in [10] dargelegt, dass eine
runde Ansaugöffnung (Durchmesser 10cm) bei gleichem Volumenstrom
mehr Luft aus weiter entfernten Bereichen (bis zu 10cm) ansaugt als
eine schlitzförmige Ansaugöffnung (2,00m x 0,02m). Dies führt bei der
runden Ansaugöffnung zu 2 bis 3K niedrigeren Ansaugtemperaturen.
Noch effektiver wäre eine Luftansaugung außerhalb der Fassadengrenzschicht. Solche „Ansaugrüssel“ lassen sich architektonisch jedoch
schwer umsetzen. Einen möglichen Ansatz zeigt Abb. 8.
Abb. 7: Verlauf der Grenzschichttemperaturen in Abhängigkeit des Abstandes zur Fassadenoberfläche.
(Bild: [21])
Abb. 8: Konstruktionsvorschlag für die Luftansaugung
außerhalb der Fassadengrenzschicht.
(Bild: [21])
3.4 Vor- und Nachteile dezentraler Lüftungstechnik
Außenwandintegrierte Lüftungssysteme weisen gegenüber klassischen
Klimatisierungssystemen einen geringeren Raumbedarf auf. Durch den
Wegfall eines Zu- und ggf. auch Abluftkanalnetzes können Technikzentralen kleiner dimensioniert werden und Deckenabhängungen größten Teils entfallen [6]. Den Einsparungen bei den Rohbaukosten bzw.
Gewinnen aus gesteigerter vermietbarer Fläche stehen höheren Unterhaltskosten durch die Wartung einer Vielzahl von Geräten gegenüber
[24]. Bei ausbleibender Wartung können u.U. die Anforderungen an die
Luftqualität (z.B. durch nicht getauschte Filter) bzw. an die Schallemissionen (defekte Lager in Ventilatoren) nach DIN EN 13779 [32]
nicht eingehalten werden.
Der Energieverbrauch dezentral belüfteter Gebäude hängt stark vom
Kühlkonzept ab: werden passive Kühltechniken, wie z.B. Nachtlüftung,
eingesetzt, sind große Sparpontentiale zu erwarten. Wird die Luft hingen
in den Lüftungsgeräten thermodynamisch behandelt, stellen sich ähnliche Energieverbräuche wie bei zentralen Klimatisierungssystemen ein
[24]. Außerdem erhöht sich mit dem Grad der Komplexität der Lüftungselemente ihre Fehleranfälligkeit bzw. der Wartungsaufwand. Zu dem
erfordert die thermodynamische Behandlung der Zuluft meist den mit
einem größeren Installationsaufwand verbunden Anschluss an ein
Rohrnetz (Warm- und/oder Kaltwassernetz, Kondensatableitung etc).
Seite 11 von 161
b+tga
Auf der anderen Seite ist eine spätere Aufrüstung um thermodynamische Behandlungsfunktionen kaum möglich. Für den Winterfall ist darauf
zu achten, dass die Lüftungselemente zentral gesteuert verschlossen
werden können, um nächtliche windinduzierte Lüftungsverluste zu vermeiden [23].
Die flexible, raumweise Bedienung dezentraler Lüftungssysteme bietet
dem Nutzer größere Einflussmöglichkeiten und führt daher oft zu einer
höheren Nutzerakzeptanz des Gebäudes [6].
Relevant für den erfolgreichen Einsatz dezentraler Lüftungssysteme sind
vor allem die Bedingungen an der Fassade. Neben den zuvor genannten Winddruck und -sog-Effekten bzw. der Grenzschichtproblematik,
sind auch die Luftqualität und die Lärmbelastung zu berücksichtigen. Die
Luftqualität kann z.B. durch nahegelegene vielbefahrene Strassen oder
Grünflächen (Pollenflug) beeinträchtigt sein. Dezentrale Lüftungssysteme bieten hier keine Möglichkeit den Ort der Luftansaugung entsprechend anzupassen. Werden die Räume fassadenseitig sowohl be- als
auch entlüftet ist zusätzlich auf die Vermeidung von Lüftungskurzschlüssen (Ansaugung der Abluft eines anderen Raumes) zu achten
[22].
Die Lärmbelastung ist relevant, weil die Lüftungselemente das Schalldämmmaß der Fassade reduzieren [25]. Außerdem ist bei aktiven
Zuluftelementen die Schallemission der eingebauten Ventilatoren zu
beachten [24].
Brandschutzanforderungen sind auf Grund der kleineren oder entfallenden Kanalnetze leichter einzuhalten (z.B. weniger Brandschutzklappen)
[6].
Seite 12 von 161
b+tga
4 Feldmessungen an in Betrieb befindlichen
Bürogebäuden
Es wurden Messungen an 8 im Betrieb befindlichen Büro- und Geschäftshäusern durchgeführt. Die Messkampagnen dauerten witterungsabhängig zwischen 2 und 4 Wochen an. Für die Untersuchungen wurden, sofern sinnvoll, alle 4 Fassaden mit Globalstrahlungs- und Oberflächentemperatursensoren ausgerüstet. Um den Installationsaufwand gering zu halten, kam hierfür ein funkbasiertes Mess-System zum Einsatz.
An der Südfassade wurden zusätzlich in der Fassadengrenzschicht Lufttemperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten gemessen.
Im Gebäudeinneren wurden exemplarisch einige Räume mit autarken
Kleinloggern ausgerüstet. Diese maßen die Lufttemperaturen und rel.
Luftfeuchten an den Zuluft- und Abluftelementen. Zu- und Abluftgeschwindigkeiten konnten nicht gemessen werden.
Das lokale Wettergeschehen wurde mit einer mobilen Wetterstation
erfasst, die – sofern möglich – auf dem Dach des jeweiligen Messobjekts aufgebaut wurde.
Die Daten der verschiedenen Messplattformen wurden auf Normalzeit
(Winterzeit) konvertiert, mittels einer selbstentwickelten Software auf
Stundenwerte gemittelt und anschließend zusammengeführt.
Die Auswertung erfolgte für alle Messobjekte in kohärenter Form durch
Erstellen von charakteristischen Kennlinien und Kennfeldern.
4.1 Verwendete Messtechnik
Für die Feldmessungen wurde ein Messtechnik-Set bestehend aus einer
mobilen Wetterstation und verschiedenen Fassaden- und Innenraumsensoren eingesetzt. Die zumeist auf dem Dach des jeweiligen Messobjektes aufgestellte Wetterstation diente neben der Erfassung des lokalen Wettergeschehens auch der zentralen Speicherung aller Außensensordaten. Dafür stehen in der Wetterstation 2 Datenlogger (Eltek Serie
1000) zur Verfügung. Einer dient der Aufzeichnung der Wetterdaten und
eines per Kabel angebundenen Grenzschichtsensors. Der 2. Logger
empfängt per Funk die Messdaten der restlichen Fassaden-Sensoren
und eines Innenraumsensors.
Abb. 9: Mobile Wetterstation zur Erfassung lokaler Wetterdaten am Gebäude.
Abb. 10: Kombinierter Global- und
Direktstrahlungssensor an der mobilen
Wetterstation
Abb. 11: Sensor zur Erfassung von
Lufttemperatur, rel. Feuchte, Wind- &
Niederschlagsdaten.
Seite 13 von 161
b+tga
Die Funksensoren messen an allen 4 Gebäudeseiten jeweils die auf die
Fassade auftreffende Globalstrahlung und die Fassadenoberflächentemperatur.
An einer südlich orientierten Fassade kommt zusätzlich ein kabelgebundener Grenzschichtsensor zum Einsatz, der in definierten Abständen
von der Fassadenoberfläche die Lufttemperaturen und vertikalen
Strömungsgeschwindigkeiten misst. Um die Auftriebsströmung möglichst ungestört zu erfassen, wurde der Profilsensor – sofern möglich –
nahe der Fassadenmitte angebracht.
Der Einsatz eines funkbasierten Mess-Systems an der Fassade und
autarker Kleinlogger im Gebäudeinneren verkürzte die Auf- und Abbauzeiten erheblich. Jedoch erwies sich die Funkübertragung der Messdaten als störanfällig. Es kam immer wieder zu Abbrüchen der Funkverbindung und in deren Folge zu Datenlücken. Außerdem mussten im
Abstand von etwa 3 Wochen die Batterien in den z.T. schlecht zugänglichen Fassaden-Funksensoren gewechselt werden.
Auch der ursprünglich geplante Fernzugriff über GSM-Modems auf die
Datenlogger in der Wetterstation funktionierte nicht, so dass keine Fernüberwachung der Messung möglich war. In Folge dessen war der
Einsatzradius der Messtechnik stark eingeschränkt bzw. der Wartungsaufwand bei weiterer entfernt gelegenen Messobjekten erheblich.
Abb. 13: Sensor zur Erfassung des Temperatur- und
Strömungsprofils an süd-orientierten Fassaden.
Abb. 12: Batteriebetriebene
Kleinlogger zur dezentralen
Erfassung von Temperatur und
Luftfeuchte.
Abb. 14: Batteriebetriebener Funk-Fassaden-Sensor zur
Messung der Gesamtstrahlung an der Fassade und der
Fassadenoberflächentemperatur.
Seite 14 von 161
b+tga
4.2 Untersuchte Gebäude (Gebäudeportraits)
APO 23, Geschäfts- und Wohnhaus, Neheim
Gebäude:
Der 2007 fertig gestellte, 5-etagige Gebäuderiegel ist in eine Baulücke
eingefügt. Die Fassaden sind nach Süd-Westen und Nord-Osten orientiert, die beiden verbleibenden Gebäudeseiten schließen direkt an die
Nachbarbebauung an. Das Gebäude mit einer Länge von 32m und einer
Breite von 16m weicht von der idealen Süd-Ausrichtung um 35° nach
Westen ab. Im EG befinden sich Ladenlokale, das 1. und 2. OG ist für
Büronutzung vorgesehen und im 3. und 4. OG sind 4 Wohneinheiten
vorhanden.
Abb. 15: Süd-West-Fassade
des Wohn- und Geschäftshauses APO23.
Lage:
Das Gebäude liegt an einer ca. 15m breiten, beidseitig bebauten Straße
in unmittelbarer Nähe zum Ortskern von Neheim. Die dichte umliegende
Bebauung ist 3 bis 4 Etagen hoch. Sie besteht aus Wohnhäuser mit
Ladenlokalen im Erdgeschoss. Das umliegende Gelände ist eben.
Abb. 16: APO 23 (zum Zeitpunkt der Aufnahme noch im
Bau) liegt in einem dicht bebauten Umfeld an einer beidseitig
bebauten Straße.
(Bild: MS Bing Maps)
Seite 15 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Die opaken Brüstungsbereiche der Süd-West-Fassade sind mit grauen
Faserzementplatten ausgerüstet. Die Bereiche zwischen den Fenstern
sind mit Edelstahl-Lochblechen (1. und 2. OG) bzw. hellgrauen Faserzementplatten abgedeckt.
Die außenseitige Luftansaugung erfolgt im 1. und 2. OG ca. 10cm hinter
den Lochblechen mittels passiver Lüftungselemente vom Typ Aeromat
150. Die schallgedämmten Lüftungselemente sind vertikal deckennahe
eingebaut und können manuell verschlossen werden.
Die Abluft wird durch Tellerventile in der abgehängten Decke einer
zentralen Abluftanlage zugeführt. Die Wohnungen im 3. und 4. OG sind
mit einer Zu- und Abluftanlage ausgerüstet.
Betriebsweise der Lüftungsanlage:
 Tagbetrieb: 1-facher Luftwechsel zur Sicherung der
Raumluftqualität.
 Nachtbetrieb: 2-facher Luftwechsel zur Entwärmung der Räume.
Abb. 17: Zuluftelemente vom
Typ Aeromat 150 im 1. OG.
Untersuchter Raum:
Die Messungen fanden an einer ca. 100m² großen, ungenutzten Mieteinheit im 2. OG statt. Der Raum am westlichen Gebäuderand erstreckt
sich von der Süd-West- bis zur Nord-Ost-Fassade. Die Wände sind in
massiver Bauweise erstellt, die Decken vollflächig abgehängt und der
Boden ist mit Parkett ausgelegt. Die Fenster sind sowohl mit einem
außenliegenden Sonnenschutz (Jalousie) als auch mit einem innenliegenden Blendschutz (Raffelstoren) ausgestattet. Neben großen nicht
öffenbaren Fenstern gibt es auch kleinere Dreh-Kipp-Fenster.
Weil der Raum zum Zeitpunkt der Messung nicht genutzt wurde, sind
keine nennenswerten internen thermischen Lasten aufgetreten.
Abb. 18: Fassadenseitige
Lochblechverblendung der
Lüftungselemente. Der Abstand
zwischen Lochblende und
Wand beträgt etwa 10cm. Aus
diesem Zwischenraum wird die
Zuluft angesaugt.
Abb. 19: Der mit Messtechnik ausgestattete Raum wurde
während der Messung nicht genutzt.
Abb. 20: Fassadenausschnitt: Die Zuluftelemente sind
hinter Edelstahl-Lochblechen zwischen den Fenstern
eingebaut.
Seite 16 von 161
b+tga
Athmer, Bürogebäude, Arnsberg
Gebäude:
Das Verwaltungsgebäude der Fa. Athmer besteht aus einem 2-etagigen
Kubus. Im Zentrum befindet sich ein Atrium, über das die nach SüdOsten bzw. Nord-Westen orientiert Büros und der nach Nord-Ost
orientierte Konferenz- (OG) bzw. Werkstattraum (EG) erschlossen sind.
Das 1998 fertig gestellte Gebäude weist eine Länge von 25m und eine
Breite von 17m auf. Die Süd-Ost-Fassade weicht von einer idealen SüdOst-Ausrichtung um 5° nach Süden ab.
Abb. 21: 1998 fertig gestelltes
Verwaltungsgebäude der Fa.
Athmer.
Lage:
Das Verwaltungsgebäude steht in einem Ensemble mehrer flacher
Firmengebäude, zumeist Hallen, in freier Lage in einer in Süd-WestRichtung verlaufenden Talmulde. Im Westen grenzt eine Freifläche mit
dahinter liegendem Wald an, im Süden eine große Rasenfläche. Auf der
Ostseite befindet sich in einem ca. 6m hohen Wall das Ende eines
Kanals, da hinter gibt es spärliche Wohnbebauung. Im Norden steht ein
Komplex weiterer Firmengebäude.
Abb. 22: Firmengelände mit
dem Verwaltungsgebäude und
nähere Umgebung
(Bild: Google Earth)
Seite 17 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Das Gebäude ist im Bereich der Büroräume mit schwarzen Tonkacheln
verkleidet; das nord-östliche Drittel, in dem der Konferenz- und
Werkstattraum liegen, hat eine Bleiblech-Fassade.
Die außenseitige Luftansaugung erfolgt durch passive Lüftungselemente, von denen in jedem Zellenbüro 2 bzw. in den doppelt so großen
Gruppenbüros 4 im Brüstungsbereich angeordnet sind. Der Ansaugbereich ist durch ein unlackiertes Edelstahlgitter abgedeckt. Die Luft wird
in einem Kunststoffrohr mit einem Durchmesser von ca. 15cm auf
kürzestem Wege durch die Fassade in eine raumseitig montierte Auslasskonstruktion geführt. Diese verfügt zum Schutz vor Pollen über
einen Luftfilter, eine Schalldämmung ist auf Grund der ruhigen Lage
nicht erforderlich und auch nicht integriert. Der Luftdurchlass lässt sich
manuell über eine in das Rohr eingebaute Flügel-Drosselklappe regeln
bzw. verschließen. Die Abluft aus den Büros wird durch Überströmöffnungen auf der jeweiligen Raumrückseite dem Atrium zugeführt. Von
dort wird sie mit einer zentralen Abluftanlage im Dach des Atriums aus
dem Gebäude transportiert. Die Abluft des Konferenzraums bzw. des
Werkstattbereichs wird über Tellerventile abgeführt.
Abb. 23: Zulüftelement im
Brüstungsbereich eines Büroraums.
 Tagbetrieb: 0,8-facher Luftwechsel zur Sicherung der
Raumluftqualität.
Untersuchte Räume:
Die untersuchten Büroräume im 2. OG sind mit einem Parkett-Fußboden
ausgestattet. Die Wände sind in Leichbauweise erstellt. Die Decke ist in
Sichtbeton ausgeführt, so dass viel thermische Speicherkapazität für die
Nachtlüftung nutzbar ist.
Der Sonnen- und Blendschutz ist in Form einer von unten nach oben
verfahrbaren Folie zwischen den Scheiben der nicht öffenbaren Hauptfenster realisiert. Auf beiden Seiten sind diese mit sehr schmalen aufschwenkbaren, nicht jedoch kippbaren, Milchglas-Fenstern flankiert.
Die internen Wärmelasten werden hauptsächlich von ein bis zwei
Personen pro Zellenbüro, einer gleichen Anzahl Computern mit TFTDisplays und der Beleuchtung mittels Leuchtstoffröhren verursacht.
Abb. 25: Fassadenausschnitt: gut erkennbar sind die
Zuluftelemente, der zwischen den Scheiben liegende
Sonnenschutz und die schmalen öffenbaren Fenster.
Abb. 24: Überströmöffnung aus
einem Büro ins Atrium. Dort
wird die Abluft im Deckenbereich zentral abgesaugt.
Abb. 26: Büro auf der Süd-Ost-Seite. Gut erkennbar ist
der Sonnen- bzw. Blendschutz sowie die in Sichtbeton
hergestellte Decke.
Seite 18 von 161
b+tga
Haspel, Universitätsgebäude, Wuppertal
Gebäude:
Das Gebäude des Fachbereichs Architektur besteht aus einem 6-etagigem Gebäuderiegel, dessen Räume nach Nord-Osten und Süd-Westen
orientiert sind. Das 1966 fertig gestellte Gebäude mit einer Länge von
45m und einer Breite von 20m weicht von einer idealen Süd-Ausrichtung
um 43° nach Westen ab. An der Nord-West-Seite schließt es an ein älteres Universitätsgebäude an.
Abb. 27: Gebäude des Fachbereichs Architektur an der
Universität Wuppertal (SüdWest-Fassade)
Lage:
Der Campus befindet sich in der Wuppertaler Talachse, östlich des
Stadtkerns, in einer Stadtrandlage. Im Nord-Westen grenzen die Wupper und dahinter ein steiler, ca. 50m hoher Hang an das Uni-Gelände.
Im Süd-Osten wird es durch eine 4-spurige Hauptstraße begrenzt. Das
bauliche Umfeld ist geprägt durch mitteldichte Bebauung mit Wohn- und
Geschäftshäusern, sowie einigen Gewerbebetrieben.
Das untersuchte Gebäude bildet zusammen mit seinem Nachbargebäude den nordöstlichen Rand des Campus. Ein Großteil der Nord-OstFassade ist durch Bäume verschattet, die eine angrenzende Stichstraße
und einen Parkplatz säumen. Im Süd-Westen grenzt eine asphaltierte
Verkehrs- und Parkplatzfläche an, die im Süd-Osten und Süd-Westen
durch 4-etagige Gebäude begrenzt wird.
Abb. 28: Campus Haspel und
Umgebung.
Seite 19 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Die Fassaden an den Gebäudelängsseiten bestehen aus einer mit
Faserzementplatten abgedeckten Betonkonstruktion. In den Brüstungsbereichen sind hinterlüftete, hell graue Faserzementplatten angeordnet.
Die Bereiche vor Decken und Stützen sind dunkelgrau verkleidet.
Das Gebäude hat keine Lüftungsanlage, es wird ausschließlich über
große Dreh-Kipp-Fenster belüftet.
Zu Testzwecken wurde an der Süd-West-Seite ein Gruppenbüro mit
einem aktiven Lüftungsgerät vom Typ Siegenia-Aubi Aeromat 150 ausgestattet.
Betriebsweise des Lüftungsgerätes:
 Konstanter Zuluft-Volumenstrom durch den in das Lüftungsgerät
eingebauten Ventilator: 72m³/h ≈ 0,5-facher Luftwechsel
Untersuchte Räume:
An der Süd-West-Seite wurden im 3. OG ein fenstergelüfteter, ca. 42m²
großer Seminarraum und das mit einem Lüftungsgerät ausgestattete
Gruppenbüro gleicher Größe untersucht. Zusätzlich wurde der gegenüberliegende studentische Arbeitsraum mit Messtechnik ausgestattet.
Die Wände sind jeweils in Leichtbauweise erstellt, die Decken sind vollflächig abgehängt und die Böden bestehen aus schwimmendem Estrich
mit PVC-Belag. Die Fenster im Gruppenbüro sind mit einer innen liegenden Jalousie ausgestattet, die Fenster im Seminarraum und im
studentischen Arbeitraum nur mit einem Vorhang. Alle Fenster lassen
sich öffnen. Die internen thermischen Lasten resultieren aus den anwesenden Personen, deren Arbeitshilfen und der Beleuchtung mittels
Leuchtstoffröhren. Der Seminarraum wurde nur zeitweise genutzt.
Abb. 29: Zu Testzwecken in ein
Gruppen-Büro eingebautes
Lüftungsgerät.
Abb. 30: Nord-Ost-Fassade
Abb. 31: Seminarraum auf der Süd-West-Seite.
Abb. 32: Fassadenausschnitt mit Lüftungsgerät.
Seite 20 von 161
b+tga
KfW-Bank, Bürogebäude, Frankfurt a.M.
Gebäude:
Das untersuchte Gebäude ist ein Mittelhaus in einem Ensemble von vier
mit einander verbundener 10- bis 15-etagiger Bürohochhäuser. Es hat
einen quadratischen Grundriss mit einer Kantenlänge von etwa 22m. Die
Büroräume sind exakt nach Osten und Westen orientiert. Der 1968 fertig
gestellte Gebäudekomplex wurde von 2003 bis 2006 umfassend saniert.
Abb. 33: Haupthaus der KfWBank bestehend aus 4 an einander grenzenden Hochhäusern.
(Bild: Uni Karlsruhe)
Lage:
Der Gebäudekomplex befindet sich am nördlichen Rand der Frankfurter
Innenstadt. An den Komplex schließt im Osten und Süden dichte, 5- bis
6-etagige Wohnbebauung an, im Westen befindet sich ein größerer Gewerbebetrieb. Auf der Nordseite grenzt ein Park mit großen Wasserflächen an.
Untersucht wurde das am weitesten nach Westen versetzte der 4 Hochhäuser. Die Hochhäuser werden im Osten und Westen von einem 6etagigen Eck-Riegel umschlossen. Im Westen grenzt die Baustelle eines
vielgeschossigen Gebäudes an.
Abb. 34: Gebäudekomplex der
KfW-Bank und Umgebung.
Seite 21 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Im Zuge der Sanierung ist das Gebäude bis auf den Rohbau entkernt
und mit einer Glasfassade ausgestattet worden. Integraler Bestandteil
der Fassade ist der Sonnenschutz. Er besteht aus zwei Glasscheiben
zwischen denen Streckmetall einlaminiert ist. Die starren Sonnenschutzelemente sind im unbenutzten Zustand vor die Brüstung der
jeweils darüberliegenden Etage gefahren. Sie können sowohl vom
Nutzer als auch zentral über die GLT heruntergefahren und im heruntergefahrenen Zustand ausgeklappt werden. Zusätzlich sind die Fenster
mit einem von unten nach oben verfahrbaren Blendschutz aus Stoff
ausgestattet.
Die Belüftung erfolgt über motorisch verschließbare, speziell für diese
Fassade entwickelte, Lüftungselemente oberhalb jedes 2. Fensters. Die
Abluft wird auf der Raumrückseite über Schattenfungen der abgehängten Decke aus dem Raum abgesaugt und über die zentrale Abluftanlage des jeweiligen Turms aus dem Gebäude abtransportiert.
Abb. 35: Fassade der KfWBank mit hochgefahrenem
Sonnenschutz.
(Foto: www.enob.info)
 Tagbetrieb: 40m³/(h Person) Zuluftvolumenstrom zur Sicherung
der Raumluftqualität.
Neben der Nachtlüftung werden die Räume durch Kühldecken gekühlt.
Untersuchte Räume:
Es wurden in dem am weitesten westlich gelegenem Büroturm im 5. OG
4 Büros auf der Westseite untersucht. Alle Räume sind mit vollflächig
abgehängten Decken (mit integrierten Kühlsegeln) und Teppichboden
ausgestattet. Die Trennwände sind in Leichtbauweise erstellt. Die
Fenster verfügen über den oben beschriebenen außenliegenden Sonnenschutz und innen liegenden Blendschutz. Interne thermische Lasten
wurden durch Personen und Arbeitshilfen sowie die Beleuchtung
verursacht.
Abb. 37: Zweier-Büro im Haupthaus der KfW-Bank.
(Foto: Uni Karlsruhe)
Abb. 36: Fassade mit (teilweise) herunter gefahrenen
Sonnenschutz-Elementen.
Abb. 38: Schema der thermischen Raumkonditionierung.
(Bild: www.enob.info)
Seite 22 von 161
b+tga
REB, Bürogebäude, Remscheid
Gebäude:
Das Verwaltungsgebäude der Remscheider Entsorgungsbetriebe (REB)
besteht aus einem 3-etagigen Gebäuderiegel, dessen Büros nach
Norden und Süden orientiert sind. Das Gebäude mit einer Länge von
70m und einer Breite von 16m weicht von der idealen Süd-Ausrichtung
um 25° nach Westen ab. Im Jahr 2006 wurde das Gebäude von Grund
auf saniert und teilweise umgebaut. Die Sanierung wurde unter besonderer Berücksichtigung energetischer Einsparungen durchgeführt. In
Folge dessen ist das Gebäude in das Forschungsprogramm „EnSan“
aufgenommen worden.
Abb. 39: Verwaltungsgebäude
der Remscheider Entsorgungsbetriebe nach der Sanierung im
Jahr 2006.
(Foto: Tomas Riehle, Köln)
Lage:
Das Gebäude steht am Rande des Remscheider Stadtkerns in einem
nach Nordenosten stark abfallenden Gelände. Es grenzt auf der Südseite an eine zweispurige Hauptstraße und dahinter an einen Friedhof. Auf
der Nordseite schließt sich ein tiefer gelegenes bewaldetes Gebiet an.
Abb. 40: Gebäude und nähere
Umgebung (Foto: Virtual Earth)
Seite 23 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Im Zuge der Sanierung im Jahr 2006 wurde das Gebäude bis auf den
Rohbau entkernt, mit einer Abluftanlage ausgerüstet und mit einer werkseitig vormontierten Holzleichtbaufassade versehen. Die Fassade ist
außenseitig mit Mehrfachstegplatten aus Polycarbonat abgedeckt. Der
dahinter sichtbare Bereich ist weiß gestrichen.
Die außenseitige Luftansaugung für die Büroräume erfolgt jeweils nahe
der Raummitte in den nach westen orientierten vertikalen Fensterlaibungen. Der Ansaugbereich ist durch ein anthrazitfarbiges Metallgitter
abgedeckt. Die Luft wird unter der äußeren Fassadenhaut durch 3 ca.
30cm lange Lüftungskanäle einem schallgedämmten, vertikal eingebauten Lüftungselement vom Typ Aeromat 150 zugeführt. Bei den
Lüftungselementen handelt es sich um lüfterlose Ausführungen, die,
durch die GLT gesteuert, elektrisch verschlossen werden können. Innenseitig strömt die Luft gegen eine Heizfläche und wird umgelenkt.
Abb. 41: Die Luftansaugung
erfolgt in der vertikalen
Fensterlaibung.
Die Abluft wird auf der Raumrückseite durch ein Tellerventil mittels einer
zentralen Abluftanlage abtransportiert.
Raumluftqualität.
Untersuchte Räume:
Die untersuchten Räume im 2. OG sind mit einem Parkett-Fußboden
ausgestattet. Die Wände sind in Leichbauweise erstellt. Die nicht abgehängte Decke bildet die Unterseite der Holzdachkonstruktion. Um für
die Nachtlüftung mehr thermische Speicherkapazität zur Verfügung zu
stellen, wurden die Decken aus PCM-versetzen Gipskartonplatten hergestellt.
Als Sonnen- und Blendschutz sind die Süd-Büros mit einer außenliegenden, sowohl vom Raum aus als auch über die GLT steuerbaren, Jalousien ausgestattet.
Die Fenster lassen sich lediglich aufschwenken, nicht jedoch kippen.
Die internen Wärmelasten werden hauptsächlich von ein bis zwei
Personen pro Büro, einer gleichen Anzahl energieeffizienter TerminalComputern mit TFT-Displays und der tageslichtgesteuerten Beleuchtung
mittels Leuchtstoffröhren gebildet.
Die beiden untersuchten Büros hatten neben einer Tür zum Korridor
auch jeweils eine Tür zu einem Nachbarbüro.
Abb. 43: untersuchtes Süd-Büro.
Abb. 42: Luftführung durch 3
ca. 30cm lange Lüftungskanäle
zum Lüftungselement
Abb. 44: Nord-Büro
Seite 24 von 161
b+tga
SIC, Mehrzweckgebäude, Freiburg
Gebäude:
Das 2003 fertig gestellte SIC besteht aus einem 6-etagigem Gebäuderiegel an den hufeisenförmig 2 weitere Gebäudeflügel auf der Süd-WestSeite anschließen.
Das Hauptgebäude hat eine Länge von 87m und eine Breite von 15m.
Die Räume sind nach Nord-Osten bzw. nach Süd-Westen orientiert. Am
Nord-Westlichen Ende schließt der 60m lange und 15m breite Westflügel rechtwinklig an. Er ist wie das Hauptgebäude 6 Etagen hoch,
seine Räume sind nach Süd-Osten und Nord-Westen orientiert. Dem
gegenüber liegt auf der Süd-Ost-Seite der 48m lange und 14m breite
Ost-Flügel. Seine Höhe reduziert sich über 2 Abstufungen nahe dem
Haupthaus auf 4 Etagen. Im Erdgeschoss ist auf der Süd-Ostseite über
die gesamte Länge eine 14m breite Halle angebaut.
Abb. 45: Hauptgebäude und
West-Flügel des SIC
Lage:
Das SIC liegt am nördlichen Stadtrand von Freiburg, in einem Gebiet mit
wenigen großen Gebäuden und vielen Freiflächen. Im Nord-Westen
grenzt hinter einer 4-spurigen Straße ein Universitätscampus, im Norden
ein Flughafen für Kleinflugzeuge und im Nord-Osten ein Messegelände
mit großen asphaltierten Flächen und einem Hallenkomplex an. Im SüdOsten liegt hinter einer Eisenbahntrasse und einer Kleingartenanlage ein
großer Friedhof. Süd-westlich befindet sich hinter einem Eisenbahndamm das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme mit einem
Komplex 3-etagiger Gebäude. Im Süden grenzt eine Wohnsiedlung mit
3-etagigen Wohngebäuden und zugehörigen Gärten an.
Abb. 46: Das SIC von Süden
aus fotografiert. Gut erkennbar
sind die Freiflächen.
Seite 25 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Die Fassade besteht aus einem gelb gestrichenen WärmedämmVerbundsystem.
Die außenseitige Luftansaugung erfolgt mittels passiver Lüftungselemente oberhalb der Fenster, hinter den Jalousiekästen. An den
straßenseitigen Fassaden sind schallgedämmte Elemente vom Typ
Aeromat 150 eingebaut, die restlichen Fassaden sind mit einfachen
Lüftungselementen ohne Schalldämmung ausgestattet. Alle Lüftungselemente lassen sich manuell verschließen. Die Abluft wird durch Tellerventile auf der Raumrückseite mittels einer zentralen Abluftanlage abgesaugt.
 Tagbetrieb: 40m³/(h Person) Zuluftvolumenstrom zur Sicherung
der Raumluftqualität.
Abb. 47: Schallgedämmtes
Zuluftelement vom Typ Aeromat
150 in einem straßenseitigen
Büro.
Untersuchte Räume:
Im 5. OG des Westflügels wurden jeweils zwei Büroräume auf der NordWest- und auf der Süd-Ost-Seite untersucht. Die Räume sind mit Parkettböden ausgestattet. Die Wände sind in Leichtbauweise erstellt. Die
Decken sind nicht abgehängt. Jedes zweite Fenster ist kipp- und
schwenkbar. Alle Fenster verfügen über einen außenliegenden Sonnenschutz in Form einer Jalousie.
Die internen Wärmelasten resultierten aus den anwesenden Personen,
deren Arbeitshilfen und der Beleuchtung.
Abb. 48: Einfaches Lüftungselement ohne Schallschutz in
einem zum Innenhof orientierten Büro.
Abb. 49: Die Fassade des SIC ist mit einem gelb gestrichenen Wärmedämm-Verbundsystem ausgerüstet. Die fassadenseitige Luftansaugung erfolgt hinter den Jalousie-Kästen.
Abb. 50: eines der untersuchten Zellenbüros mit
Orientierung zum Innenhof.
Seite 26 von 161
b+tga
TRI-Haus, Büro- und Geschäftshaus, Neheim
Gebäude:
Das TRI-Haus besteht aus einem 5-etagigem Kubus mit dreieckigem
Grundriss. Die 5. Etage bildet ein Penthaus, an das sich im Osten und
Westen 2 Dachterrassen anschließen. An der Süd-Ost- und Süd-WestSeite befinden sich Büro- und Praxis-Räume.
Die Süd-Ost- und Süd-West-Fassade des 2004 fertig gestellten Gebäudes sind etwa 25m lang, die Nord-Fassade etwa 35m. Von einer idealen
Süd-West-Ausrichtung weicht die Süd-West-Fassade um 15° nach
Süden ab.
Abb. 51: Süd-Ost- und SüdWest-Fassade des TRIHauses.
Lage:
Das TRI-Haus liegt am nördlichen Rand des Stadtkerns von Neheim. Im
Norden grenzt an das TRI-Haus ein großes, stark bebautes Werksgelände an. Vor der Süd-Ost- und Süd-West-Fassade verlaufen 2-spurige
Straßen mit Baumbepflanzung. Dahinter schließt sich jeweils 2 bis 3
etagige Wohnbebauung an.
Abb. 52: TRI-Haus und Umgebung.
Seite 27 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Die Fassade besteht aus einer Holzunterkonstruktion, die mit schwarzen
Faserzementplatten (1. bis 3. OG) bzw. hellen Glas-Fassadentafeln (EG
und Penthaus) verkleidet ist.
Die außenseitige Luftansaugung erfolgt durch passive Lüftungselemente. Im EG sind schallgedämmte Lüftungselemente vom Typ
Aeromat 150 deckennah eingebaut. Im 1. bis 3. OG sind runde
Lüftungselemente, ähnlich denen bei der Fa. Athmer, im Brüstungsbereich eingesetzt. Die Luft wird auf kürzestem Wege einem brüstungshohen Holzkasten zugeführt, der mit PCM-Platten bestückt werden
kann. Die raumseitige Zuluftöffnung lässt sich durch eine Holzklappe auf
der Brüstungsoberseite verschließen. Die Abluft wird durch Tellerventile
auf der Raumrückseite mittels einer zentralen Abluftanlage abgesaugt.
Raumluftqualität.
Die Obergeschosse können neben der Nachtlüftung auch über eine
Fußbodenkühlung bzw. –heizung temperiert werden.
Untersuchte Räume:
Es wurden im 3. OG zwei ca. 15m² große Praxisräume an der SüdWest-Fassade und im EG der sich über die gesamte Gebäudebreite
erstreckende Verkaufsraum einer Apotheke untersucht. Die untersuchten Praxisräume sind mit Parkett, der Verkaufraum mit einem
Steinfußboden ausgestattet. Die Wände sind in Leichbauweise erstellt.
Die Decken sind im rückwärtigen Bereich zur Aufnahme der Abluftkanäle partiell abgehängt.
Die nicht öffenbaren Hauptfenster der Praxisräume sind mit einem
manuell bedienbaren, innenliegenden Sonnen- und Blendschutz in Form
einer Folie ausgestattet. Die darunter liegenden, schmalen Fenster sind
kippbar. Sie verfügen über keinen Sonnenschutz, ebenso wie die
Fenster im Verkaufsraum der Apotheke.
Die internen Wärmelasten resultieren hauptsächlich aus den anwesenden Personen und der Beleuchtung.
Abb. 55: Der Fassadenausschnitt: zeigt die die runden
Zuluftelemente im Brüstungsbereich des 1. OG und die
schallgedämmten Elemente vom Typ Aeromat 150 oberhalb
der Fenster im EG.
Abb. 53: Zuluftöffnung in der
Fensterbank in einem Behandlungsraum im 3. OG. Der
Brüstungskasten kann mit
PCM-Platten zur Kühlung der
Zuluft ausgerüstet werden.
Abb. 54: Einbau-Situation der
Zuluftelemente im Verkaufsraum der Apotheke.
Abb. 56: Der Verkaufsraum der Apotheke im EG. Der
Steinfußboden und die in weiten Teilen freiliegende Decke
verleihen dem Raum thermische Schwere.
Seite 28 von 161
b+tga
Imtech, Bürogebäude, Hamburg
Gebäude:
Das Verwaltungsgebäude der Fa. Imtech wurde 2006 fertig gestellt. Es
besteht aus einem in Nord-West-Richtung verlaufenden 66m langen
Rückriegel, an den sich am südlichen Ende und in der Mitte 32m lange
Querriegel anschließen. Den nördlichen Gebäudeabschluss bildet ein Vförmiger Gebäudeteil, der parallel zu den angrenzenden Straßen die
Enden des Rück- und des mittleren Querriegels verbindet. Alle Riegel
sind ca. 14m breit und 6 Etagen hoch. Die Längsachse des Gebäudes
weicht von der Nordrichtung um 25° nach Westen ab.
Abb. 57: Gebäudegrundriss
(Bild: Google Earth)
Abb. 58: Nord-Ansicht der
Imtech-Firmenzentrale.
(Bild: www.enob.info)
Lage:
Das Gebäude befindet sich in einer Stadtrandlage im Hamburger Stadtteil Eilsbeck, ca. 5km nord-östlich des Hamburger Altstadtkerns. Im
Osten und Süden grenzt kleingliedrige Wohnbebauung an, im Westen
und Norden herrscht eine Mischung aus Bürogebäuden und Gewerbebetrieben vor.
Abb. 59: Imtech-Firmenzentrale und Umgebung aus nördlicher Richtung.
(Bild: Bing Maps)
Seite 29 von 161
b+tga
Fassade/Lüftung:
Das Gebäude ist mit einer hinterlüfteten Vorhang-Fassade aus rotbraunen Ziegeln verkleidet.
Die Außenluft wird an der Unterkante einer umlaufenden Edelstahlverblendung unterhalb der Fenster angesaugt. Die Luft wird von dort
Brüstungsgeräten zugeführt, die im Sommer mittels Latentwärmespeichern die Luft kühlen und im Winter bei Anschluss an das Heizungsnetz erwärmen können. Zur Sicherstellung der Volumenströme sind die
Geräte mit einem Ventilator ausgerüstet. Tagsüber wurde die Hälfte der
Geräte zur Raumkühlung im Umluft- und die andere Hälfte im Zuluftbetrieb gefahren. Steigen die Ansaugtemperaturen z.B. in Folge solarer
Einstrahlung an der Fassade stark an, takten die Geräte ihre Betriebszeit. Dadurch wird der hygienisch nötige Mindestluftwechsel gewährleistet, die PCM-Speicher aber nicht unnötig stark geladen.
Im Nachtlüftungsfall wurden zur Entladung der geräteeigenen PCMSpeicher und der thermischen Speichermassen im Raum alle Geräte als
Zuluftelemente mit größt möglichem Volumenstrom betrieben.
Die Abluft wird durch Lüftungsgitter an der Raumrückseite von einer
zentralen Abluftanlage abgesaugt.
Abb. 60: Detailansicht der
Fassade: das Edelstahlband
oberhalb der Fenster beherbergt die Jalousien, sein Pendant unterhalb der Fenster die
Außenluftansaugung.
(Foto: Imtech)
Betriebsweise der Brüstungsgeräte:
 Tagbetrieb: 6:00 bis 22:00Uhr
Zuluftbetrieb: zur Sicherung der Raumluftqualität:
i.d.R. 75m³/(h Gerät) = 2-facher Luftwechsel
40m³/(h Person) bei hoher Ansaugtemperatur
Umluftbetrieb: zur Raumkühlung
75m³/h bis 180m³/h je nach erforderlicher
Kühlleistung.
 Nachtbetrieb: 180m³/(h Gerät) = 8-facher Luftwechsel bei Ansaugtemperaturen < 22°C zur Entladung der PCMSpeicher und Entwärmung der Räume.
Untersuchte Räume:
Im 5. OG wurden Räume mit unterschiedlichen Fassadenorientierungen
untersucht. Für die Analyse wird die süd-orientierte Fassade betrachtet.
Die Räume sind mit aufgeständerten Böden ausgerüstet, die Wände in
Leichtbauweise erstellt. Die Decken sind zur Speicherung thermischer
Energie nicht abgehängt. Jedes Fenster ist kipp- und schwenkbar. Alle
Fenster verfügen über einen außenliegenden Sonnenschutz in Form
einer Jalousie.
Die internen Wärmelasten resultierten aus den anwesenden Personen,
deren Arbeitshilfen und der Beleuchtung.
Abb. 62: Einbausituation der Brüstungsgeräte in einem der
untersuchten Räume. (Bild: Imtech)
Abb. 61: Betriebsweise der
Brüstungsgeräte während des
Tagbetriebs. (Bild: Imtech)
Abb. 63: Schematische Darstellung der Luftwege durch die
Fassade bzw. das Brüstungsgerät. (Bild: www.enob.info)
Seite 30 von 161
b+tga
4.3 Typologie der Mess-Objekte
Gebäude / Lage
Nutzung
Fertigstellung
Standort
Sommer-Klimaregion
Bauform
Höhe
Umgebung
Gelände
Fassaden
Material
Reflektionsgrad
Wärmekapazität
Fenster öffenbar
Sonnen
Blendschutz
Lüftungselemente
Typ / Luftführung
Luftweg
Einbaulage
Bauform
Besonderheiten:
Apo23
Athmer
BTGA-Box
Wohn- & Geschäftshaus
2007
Neheim
n.
gemäßigt
DIN 4108-2
Reihenmittelhaus
4 Etagen
Stadtlage:
enge, zumeist 4-etagige
Wohnbebauung,
Straßenschlucht
Bürogebäude
1998
Arnsberg
gemäßigt
freistehend
2 Etage
Waldrand:
nahegelegene 1-etagige
Bebauung an SW- & NWSeite, sonst Freiflächen
Messraum
2006
Wuppertal
gemäßigt
freistehend
1 Etage
dichte Bebauung:
umliegend dichte 5 bis 6
etagige Bebauung, Boden
weitgehend versiegelt
eben
Talsohle in Nord-SüdRichtung
graue
Faserzement-Platten
mittel
gering
jedes 2. Fenster,
dreh- & kippbar
Jalousie (außen)
Vorhang-Lamellen (innen)
schwarze Ton-Kacheln
schallgedämmte
Lüftungselemente
lang
vertikal, deckennahe
zw. Fenstern
rechteckig, ca. 1m hoch
Luftansaugung hinter
Lochblech
untersuchter Raum
Nutzung
keine
(Raum war nicht vermietet)
Orientierung
süd
Kühlung
Luftwechselraten
Nachtlüftung
tags: 1-fach
nachts: 2-fach
KfW-Bank
Imtech-Haus
REB
SIC
Hochschulgebäude
1966
Wuppertal
gemäßigt
Reihenendhaus
6 Etage
Stadtrandlange:
5-6 etagige Uni-Gebäude an
SW- & NW-Seite,
2-3 etagige Wohnbebau-ung
an den restl. Seiten.
eben, 70m hoher Berg-kamm eben, 70m hoher Berg-kamm
200m nord-westlich
200m nord-westlich
Bürogebäude
1968, Sanierung 2006
Frankfurt a.M.
sommerheiß
Mittelhaus
8 Etagen
Stadtrandlage:
Parkanlage auf der Nordseite, 4 bis 5 etagige
Wohnhäuser an den restl.
Seiten
eben
Bürogebäude
2005
Hamburg
gemäßigt
freistehend
6 Etage
Stadtrandlage:
2- bis 3- etagige Wohnbebauung an Süd- & Ost-Seite,
dichte 6-8 etagige Bebauung
an restl. Seiten
eben
Bürogebäude
1968, Sanierung 2006
Remscheid
sommerkühl
freistehend
3 Etage
Stadt-Rand:
Grünanlagen an der Süd- und
Nordseite, 3 bis 4 etagige
Wohnbebauung an den restl.
Seiten
nord-ost-Hang
Multifunktionsgebäude, mit hohem
Geschäftshaus
Büroanteil
2003
2004
Freiburg
Neheim
sommerheiß
gemäßigt
freistehend
freistehend
6 Etage
4 Etage + Penthaus
spärlich bebautes Umfeld:
Stadtrandlage:
wenige große Gebäude mit
großes Werksgelände auf der
große zwischenliegenden
Nordseite, 3 bis 4 etagige
Freiflächen.
Wohnbebauung an den
restlichen Seiten.
eben
eben
Vakuum-Paneele, zeitw.
vorgehängte Faserz.-Plat.
mittel
gering
schmale Seitenfenster,
dreh- & kippbar
Jalousie außen
---
blass-grüne
Faser-Zementplatten
mittel
gering
jedes,
kippbar
Jalousie (innen)
Vorhänge innen
graue Glas-Paneele
mittel
mittel
1 Fenster pro Büro,
dreh- & kippbar
Streckmetall-Paneele
Folie
rot-braune Klinker,
hinterlüftet
gering
hoch
jedes Fenster,
dreh- & kippbar
Jalousie (außen)
---
grüne PC-Stegplatten,
graue Faserzementplatten
mittel
gering
jedes,
drehbar
Jalousie (außen)
---
gelbes WärmedämmVerbundsystem
hoch
mittel
jedes 2. Fenster,
dreh- & kippbar
Jalousie (außen)
---
schwarze
Faserzementplatten
gering
gering
flache Fenster
unterhalb der Hauptfenster
direkte
Fassadendurchführung
kurz
schallgedämmte
Lüftungselemente
lang
schallgedämmte
Lüftungselemente
lang
Luftumlenkung zur
Schalldämmung
mittel
dir. Fassadendurchführ.,
angeschl. PCM-Kühlung
kurz
schallgedämmte
Lüftungselemente
lang
oberer Brüstungsbereich
über + unter Mittelfenster
unter Fenster
über Fenster
Brüstungsbereich
vertikal in Brüstungshöhe
SO-Seite: ohne Schalld.
NW-Seite: mit Schalld.
SO-Seite: kurz
NW-Seite: lang
über Fenster
rund, Durchm. ca. 15cm,
raumseitiger Pollenfilter
---
rechteckig, 1,50m breit
rechteckig, ca. 1m breit
rechteckig, ca. 1m breit
k.A.
rechteckig, ca. 1m hoch
oberes Lüftungsgerät bei
hohen Sonnenständen d.
Jalousiekasten verschattet
Luftansaugung ragt 5cm
aus Fassadenebene
heraus
Blechdeckenpaneele
stoßen an Alu-Einfassung
der Lüftungselemente
angeschlossenes
PCM-Kühlgerät in
Brüstungskasten
Ansaugöffnung in nordwestl. Fensterlaibung
SO-S.: rechteck, 30cm br.
NW-S.: rechteckig, 1m br.
Ansaugöffnung hinter
Jalousiekasten
OGs: dir. Durchf.,Br.kasten
EG: schallgedämmt
OGs: mittel
EG: lang
OGs: oberer Brüstungsb.
EG: deckennahe
rund, Durchm. ca. 15cm
zur Teeküche
umgenutztes Büro
süd-ost
ausschließlich für
Meßzwecke
süd
Gruppenbüro und
Besprechungsraum
süd-west
Büro
Büro
Büro
Büro
west
süd-west
süd-ost / nord-west
Nachtlüftung
tags: 0,8-fach
nachts: 2-fach
Nachtlüftung
zeitw. PCM in Zuluft
tags: 0,9-fach
nachts: 3,5-fach
Nachtlüftung
tags: 0,5-fach
nachts: 0,5-fach
süd
Nachtlüftung,
kombiniert mit PCM-KühlBrüstungsgeräten
tags: 75-140m³/h
nachts: 180m³/h
Nachtlüftung,
PCM in Deckenabhäng.
tags: 0,6-fach
nachts: 2-fach
Nachtlüftung
tags: 40m/(h Person)
nachts: 2-fach
gering
hoch
schmale Seitenfenster,
drebar
Folie (innen)
HC-Gebäude
Kühlsegel,
Nachtlüftung
tags: 40m³/(h Person)
nachts: 3x-fach
TRI-Haus
Folie (innen)
OGs: Luftführung durch
Brüstungskasten, teilw. mit
PCM-Platten bestückt.
OG: ärztl. Behandlungsr.
EG: Verkaufsraum
süd-west
Nachtlüftung,
teilw. PCM in Zuluft,
Fußbodenkühlung
tags: 0,8-fach
nachts: 2-fach
Seite 31 von 161
b+tga
4.4 Durchführung der Messungen (Objektdetails)
Auf Grund unterschiedlicher Gebäudeformen, Montagemöglichkeiten,
Einschränkungen durch die Betreiber, Verfügbarkeit der Messtechnik
etc. konnte die Messtechnik nicht an jedem Gebäude in gleicher Weise
aufgebaut werden. Im Folgenden sind die verwendeten Mess-Systeme
und die Anordnung der Sensoren bei den einzelnen Messobjekten kurz
beschrieben.
Die Messung fand in der Zeit vom 10.07.2007 bis zum 06.08.2007 statt.
Es kam die in 4.1 beschriebene Messtechnik vollständig zum Einsatz.
Wetterstation:
Abweichend von der sonst üblichen Positionierung auf dem Gebäudedach, war die Wetterstation hier auf einer Plattform auf
einem Kanaldamm ca. 20m nord-östlich des Gebäudes, etwa in
Dachhöhe, aufgestellt.
Fassaden-Sensorik:
Weil das Gebäude etwa um 45° zu den Haupthimmelsrichtungen
gedreht ist und sich nur an der Süd-Ost- und der Nord-WestSeite Büroräume befinden, wurde für die Hauptuntersuchungen
die Süd-Ost-Seite ausgewählt. Alle Fassaden-Sensoren wurden
im Brüstungsbereich des 1. OG installiert.
Innenraum-Sensorik:
Im Gebäudeinneren wurden ein zur Teeküche umgenutztes Zellenbüro auf der Süd-Ost-Seite, ein als Büro genutztes Zellenbüro
auf der Nord-West-Seite und ein Konferenzraum auf der NordOst-Seite mit Klein-Loggern vom Typ HOBO ausgestattet. Im
Süd-Ost-Büro war zusätzlich noch ein Innenraum-Funk-Sensor
installiert. Es wurden jeweils die Zulufttemperaturen direkt an den
Austrittsöffnungen der Lüftungselemente sowie die Ablufttemperaturen an den Überströmöffnungen zum Atrium bzw. an einem
Tellerventil im Konferenzraum gemessen.
Abb. 64: Strahlungssensor mit angeschlossenem Oberflächentemperaturmesskopf.
Abb. 65: Wetterstation auf einer nahegelegenen Deich-Plattform.
Abb. 66: Messtechnik im Brüstungsbereich der untersuchten Teeküche an
der Süd-Ost-Fassade.
Seite 32 von 161
b+tga
Es kam die in 4.1 beschriebene Messtechnik zum Einsatz.
Wetterstation:
Die Wetterstation war auf der süd-östlichen Dachseite, mittig
zwischen Süd-Ost-Fassade und Technikraum, aufgestellt.
Fassaden-Sensorik:
Die Nord-Ost-, Süd-Ost- und Süd-West-Fassade wurde jeweils
im Brüstungsbereich des 3. OG mit Strahlungs- und Oberflächentemperatursensoren ausgestattet.
Der Profilsensor wurde auf gleicher Höhe an der Süd-WestFassade, etwa in der Gebäudemitte, angebracht.
Die Nord-West-Fassade wurde nicht untersucht, weil hier ein
Nachbargebäude unmittelbar angrenzt.
Innenraum-Sensorik:
In diesem Gebäude gibt es keine Lüftungsanlage. Ersatzweise
wurde auf der Süd-West-Seite in einem 4-Personen-Büro im 3.
OG ein aktives Lüftungsgerät vom Typ Aeromat 150 installiert.
Dessen eingebauter Ventilator erzeugte während des gesamten
Messzeitraums einen konstanten Volumenstrom.
Es wurden die Zuluft- und Raumtemperaturen gemessen. In
Ermangelung einer dezidierten Abluftöffnung ließen sich keine
Ablufttemperaturen erfassen.
Parallel dazu wurden 2 Räume mit manueller Fensterlüftung in
gleicher Weise untersucht: ein 42m² großer Seminarraum an der
Süd-West-Seite und ein etwa doppelt so großer studentischer
Arbeitsraum an der Nord-Ost-Seite.
Abb. 67: aktives Lüftungselement in
einem Gruppenbüro auf der SW-Seite.
Abb. 68: Messtechnik am Lüftungsgerät.
Abb. 69: Strahlungs- und Temperaturprofil-Sensor an der SW-Fassade.
Seite 33 von 161
b+tga
APO23, Geschäftshaus, Neheim
Es kam die in 4.1 beschriebene Messtechnik zum Einsatz.
Wetterstation:
Die Wetterstation war auf dem Dach der von Westen aus betrachtet 2. Wohneinheit, etwa 3m von der süd-westlichen Dachkante entfernt, aufgestellt.
Fassaden-Sensorik:
An der Süd-West-Fassade wurde die Sensorik, bestehend aus
Strahlungs-, Temperatur- und Profilsensor, auf dem Lochblech
zwischen den beiden westlichen Mieteinheiten befestigt.
Auf der Nord-Ost-Seite wurde ein Strahlungssensor und der zugehörige Temperaturmesskopf im Brüstungsbereich unterhalb
eines Fensters nahe dem westlichen Gebäuderand installiert.
Die beiden verbleibenden Gebäudeseiten schließen an die
Nachbarbebauung an und standen deshalb für Messungen nicht
zur Verfügung.
Innenraum-Sensorik:
Für die Innenraummessungen stand eine nicht genutzte Mieteinheit, bestehend aus einem über die gesamte Gebäudetiefe
reichenden Raum, zur Verfügung. In diesem wurden die beiden
Zuluftöffnungen an der Süd-West-Fassade und alle 3 AbluftTellerventilen in der Decke, etwa in der Raummitte, mit Sensoren
ausgerüstet. Die Nord-Ost-Fassade weist keine Zuluftöffnungen
auf, dementsprechend war dort auch keine Sensorik installiert.
Anmerkungen:
- Der untersuchte Raum wurde während der Messungen nicht
betreten; die Tür zu genutzten Gebäudebereichen war permanent verschlossen.
- Der Raum ist deutlich größer als die sonst untersuchten
Zellenbüros.
Abb. 71: Wetterstation auf dem Dach.
Abb. 72: Messtechnik an der SüdFassade.
Abb. 70: Temperatursensoren an
einem Zuluftelement auf der SüdSeite.
Seite 34 von 161
b+tga
TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim
Auf Grund der zeitlichen Überschneidung mit der Messung bei Apo 23
konnte nur ein reduziertes Messtechnik-Set eingesetzt werden.
Wetterstation:
Weil die üblicherweise eingesetzte Wetterstation nicht zur Verfügung stand, wurde eine Kleinwetterstation zur Messung der
Lufttemperatur und Globalstrahlung auf der westlichen Dachterrasse aufgestellt.
Fassaden-Sensorik:
Wegen fehlender Montagemöglichkeiten an der glatten Fassadenoberfläche, konnten keine Fassaden-Sensoren angebracht
werden.
Innenraum-Sensorik:
Auf der Süd-Seite wurden im 3.OG 2 Behandlungsräume einer
Arztpraxis mit autarken Klein-Loggern an den Zu- und Abluftöffnungen ausgerüstet. Während der Messung waren in einem
der beiden Räume PCM-Platten im Brüstungskasten zur Kühlung
der Zuluft eingebaut.
Im EG wurde der über die gesamte Gebäudebreite reichende
Verkaufsraum einer Apotheke mit Loggern an den Zu- und Abluftöffnungen ausgerüstet.
Anmerkungen:
- Es standen in beiden untersuchen Praxis-Räumen permanent
die Türen zum Foyer auf. Während der Praxis-Öffnungszeiten
war die Tür vom Foyer zum Treppenhaus im geöffneten Zustand
arretiert.
Abb. 73: Wetterstation auf westlicher
Dachterrasse.
Abb. 74: Klein-Logger an einem Zuluftelement in der Apotheke im EG.
Abb. 75: Klein-Logger am Abluft-Tellerventil in einem Behandlungsraum.
Seite 35 von 161
b+tga
Weil dieses Gebäude auch Gegenstand eines am Lehrstuhl durchgeführten Monitorings ist, konnten hier 2 Messungen durchgeführt werden:
- 06.06.2008 bis 03.11.2008
- 24.07.2009 bis 09.11.2009
Es kam die in 4.1 beschriebene Messtechnik vollständig zum Einsatz.
Wetterstation:
Die Wetterstation war auf dem Gebäudedach, auf einem Gebäudevorsprung an der Süd-Fassade, aufgestellt.
Fassaden-Sensorik:
Alle Fassaden waren mit Funkmodulen ausgerüstet. An der Süd-,
West- und Nord-Fassade waren die Strahlungssensoren an
Querstreben im Brüstungsbereich vor den raumhohen Fenstern
im 2. OG montiert, die Oberflächentemperatursensoren waren
auf den Polycarbonatplatten, etwa 30cm neben den Fensterlaibung, befestigt. Die Südfassade war zusätzlich mit dem ProfilSensor ausgerüstet.
An der fensterlosen Ostfassade waren Strahlungssensor und
Temperaturmesskopf etwa 50cm unterhalb der Attikakante auf
der Polycarbonatoberfläche angebracht.
Innenraum-Sensorik:
Es wurde auf der Gebäudenord- und -südseite jeweils ein Büroraum mit Messtechnik ausgerüstet.
In beiden Büros wurden die Lufttemperaturen an den Ein- und
Auslassöffnungen der Zuluftelemente sowie an den Abluft-Tellerventilen gemessen.
Abb. 76: Wetterstation auf dem Dach des
REB-Gebäudes.
Abb. 77: Fassaden-Sensor zur Messung der
Lufttemperaturen in den fassadennahen
Luftschichten an der Süd-Fassade.
Abb. 78: Kleinlogger zur
Messung der Lufttemperatur im Ansaugkanal.
Seite 36 von 161
b+tga
Es wurden 4 Büroräume im 5. OG auf der Westseite des westlichst gelegenen Büroturms untersucht. Die Messung dauerte vom 19.06.2008
bis zum 16.07.2008.
Wetterstation:
Die lokalen Wetterdaten wurden von einer Wetterstation der
Universität Karlsruhe auf dem Dach eines höheren, direkt angrenzenden Nachbargebäudes erfasst.
Fassaden-Sensorik:
An der West-Fassade wurden Temperatursensoren an den Ansaugöffnungen der Zuluftelemente installiert. Weitere FassadenMesstechnik ließ sich auf Grund der Fassadenstruktur nicht anbringen.
Innenraum-Sensorik:
In den Räumen wurden jeweils die Zulufttemperaturen direkt an
der raumseitigen Zuluftöffnung und die Raumlufttemperaturen
auf gleicher Höhe etwa 1m von der Fassade entfernt gemessen.
GLT-Daten
Für den Zeitraum vom 24.06.08 bis 16.07.08 wurden Daten über
die Betriebszustände der Lüftungsanlage und des Sonnenschutzes von der Universität Karlsruhe zur Verfügung gestellt.
Abb. 79: Kleinlogger zur Messung der Raumtemperatur
mit externem Messkopf an der Zuluftöffnung.
Abb. 80: Kleinlogger an der Zuluftöffnung mit externem
Messkopf zur Erfassung der Raumlufttemperaturen.
Seite 37 von 161
b+tga
Am SIC wurden Untersuchungen auf beiden Längsseiten des Westflügels, jeweils im 5. Stock, durchgeführt.
Vom 26.7.2008 bis zum 25.08.2008 wurden 2 Büroräume an der SüdOst-Seite untersucht. Anschließend wurde die Messtechnik in 2 Büroräume auf der Nord-West-Seite umgebaut und dort bis zum 10.10.2008
weiterbetrieben.
Es kam ein reduziertes Messtechnik-Set zum Einsatz, ergänzt um Wetterdaten vom nahegelegenen Fraunhofer ISE.
Wetterstation:
Das Fraunhofer ISE stellte Wetterdaten seiner etwa 200m südlich vom SIC gelegenen Wetterstation zur Verfügung.
Fassaden-Sensorik:
Die Fassaden wurden mit einem batteriebetriebenen MessSystem, bestehend aus einem Globalstrahlungs- und einem
strahlungsgeschützten Temperatursensor, ausgerüstet. Zusätzlich wurden Temperatursensoren an den fassadenseitigen
Ansaugöffnungen hinter den Jalousiekästen angebracht.
Innenraum-Sensorik:
In den Räumen wurden jeweils die Zuluft- und Raumlufttemperaturen gemessen.
Abb. 81: Klein-Logger mit externem
Temperaturmesskopf am Auslass
eines Lüftungselementes an der SüdOst-Fassade.
Abb. 82: Modul zur Messung von
Gesamtstrahlung und Lufttemperatur
an der Fassade.
Abb. 83: Kleinlogger an einem schallgedämmten Lüftungselement an der
Nord-West-Fassade.
Es wurden Messdaten vom 24.07.2006 bis zum 31.07.2006 und vom
11.09.2006 bis zum 17.09.2006 von der Fa. Imtech zur Verfügung gestellt. Detaillierte Informationen zur Messkonfiguration liegen nicht vor.
Eine Auswertung in Hinblick auf die Funktionsfähigkeit der Geräte ist
[20] zu entnehmen.
Seite 38 von 161
b+tga
4.5 Typologie der Messungen
Im Folgenden sind die Messgrößen der einzelnen Feldmessungen
tabellarisch zusammengestellt. Auf Grund unterschiedlicher Randbedingungen konnten nicht alle Messgrößen bei jedem Messobjekt erfasst
werden. (Details s. Abs. 4.4)
Tab. 1: Tabellarische Zusammenstellung der Messpunkte
Imtech-Haus,
Haspel, Wuppertal
Athmer,
APO23,
Tri-Haus,
REB,
KfW-Bank,
SIC,
Hamburg
Kurzzeitm.
Langzeitm.
Arnsberg
Neheim
Neheim
Remscheid
Frankfurt a.M.
Freiburg
Wetter-Daten
Lufttemperatur
Direktstrahlung
Globalstrahlung
Windgeschwindigkeit
Windrichtung
x
--x1)
x1)
x1)
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
--x
-----
x
x
x
x
x
x
--x
x
x
x2)
--x
x
---
Fassaden-Daten
Gesamtstrahlung, Fassade
Grenzschichttemperaturen
Fassadenoberflächentemp.
Frischlufttemperatur
Zulufttemperatur
--------x
x
x
x
--x
x3)
----x
x
x
x
x
x
x
x
x
x5)
x
x
--------x
x
x
x
x
x
------x
x
x
x4)
--x
x
Raum-Daten
Raumlufttemperatur
Ablufttemperatur
-----
x
---
x
---
--x
--x
--x
--x
x
---
x
---
1)
DWD-Daten, da keine lokalen Messwerte vorliegen
Wetterdaten vom 200m entfernten Fraunhofer ISE.
3)
ab 24.03.2009
4)
Grenzschicht wurde nur im Abstand von 4cm von Fassadenoberfläche gemessen
5)
Messung am Lochblech
2)
4.6 Messungen und Analysen
Im Folgenden werden die Messkampagnen kurz vorgestellt und die
Messwerte in grafischer Form präsentiert. Anschließend werden die
Messergebnisse analysiert und interpretiert.
Nomenklatur der Temperatursensorik in den Auswerte-Grafiken:
Wetterstation: lokale Wetterstation, meist auf dem Dach des
Messobjekts.
Grenzschicht: Lufttemperatur 4cm vor der Fassadenoberfläche in
der Nähe der Luftansaugung.
Frischluft:
Temperatur der angesaugten Luft unmittelbar
nach Eintritt in das Lüftungselement.
Zuluft:
Temperatur der Zuluft am raumseitigen Auslass
des Lüftungselementes.
Abluft:
Temperatur der Abluft im Tellerventil.
Diagramm-Erläuterungen:
Witterung:
Zuerst vermittelt die Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Temperaturen, der solareren Einstrahlung und der Windgeschwindigkeiten einen Eindruck von der Witterung im Untersuchungszeitraum (1. Diagramm). Detaillierte Verläufe relevanter Messgrößen
sind der nachgestellten Ausschnittsvergrößerung zu entnehmen
(2. Diagramm). Zur Bewertung der Verhältnisse am Gebäudestandort sind die Summenhäufigkeiten der pro Tag eingestrahSeite 39 von 161
b+tga
lten Solarenergie, der Tageshöchsttemperaturen und der Windgeschwindigkeiten Messwerten der nächstgelegenen DWDWetterstation und Klimadaten aus der Wetterdatenbank „MeteoNorm 5“ [36]gegenübergestellt (3. bis 6. Diagramm).
Umgebungstemperatur-Einflüsse:
Die nächsten beiden Diagramme (7. und 8. Diagramm) zeigen
Korrelationen zwischen äußeren und inneren Lufttemperaturen.
Es sind – getrennt nach Tag und Nacht – die unmittelbar am Einlass des Lüftungselementes gemessenen Temperaturen (Frischluft) sowie die Zu- und Ablufttemperaturen in Abhängigkeit der
Lufttemperaturen an der Wetterstation aufgetragen.
Diese Darstellung gibt die Einflüsse solarer Strahlung nur unzureichend wieder. Weil diese jedoch die Ausbildung mikroklimatischer Unterschiede stark fördert, sind die in den folgenden Diagrammen dargestellten Temperaturdifferenzen auf die Gesamtstrahlung an der Fassade bezogen. (Bei fehlenden Einstrahlungsdaten von der Fassade wurde Bezug auf die Globalstrahlung genommen.)
Windeinflüsse:
Das 9. Diagramm zeigt Windeinflüsse auf die Temperaturen an
der Ansaugöffnung des Lüftungselementes (Frischlufttemperatur). Es ist die Temperaturdifferenz dieser Messstelle zur Lufttemperatur an der Wetterstation in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung dargestellt. Windeinflüsse werden durch die Einteilung
in 3 Geschwindigkeitsklassen (0 bis 2m/s, 2 bis 4m/s, über 4m/s)
erkennbar.
Lüftungselement-Einflüsse:
Die beiden nachfolgenden, nebeneinander platzierten Grafiken
(10. und 11. Diagramm) zeigen die thermische Beeinflussung der
Zuluft beim Durchströmen des Lüftungselementes und der Temperaturdifferenz zur Raumluft. Im linken Diagramm sind die Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Auslass des Zuluftelementes in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung an der Fassade dargestellt. Das rechte gibt die Temperaturdifferenzen von Zu- und
Raumluft wieder. Der Vergleich der Diagramme zeigt, ob die
thermische Beeinflussung im Lüftungselement durch die Raumtemperatur hervorgerufen wird.
Kumulation der Einflüsse:
Die Temperaturdifferenz zwischen der Zuluft am untersuchten
Raum und der Umgebungsluft an der Wetterstation spiegelt die
Summe der Einflüsse aus dem Mikroklima, der Fassadengestaltung und dem Lüftungselement wieder (12. Diagramm). Ergeben
sich hier große Unterschiede, wären diese bei der Simulation der
Raumtemperaturen bzw. bei der Auslegung einer Raumkühlung
zu berücksichtigen.
Lufttemperaturen [°C]
40
35
30
25
20
15
Grenzschicht (4cm) bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Abluft bei Tag
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Lufttemperatur an der Wetterstation [°C]
Abb. 84: Beispiel-Diagramm:
Messwerte auf der Diagonalen
entsprechen den Umgebungstemperaturen, Messwerte oberhalb der Diagonalen zeigen
wärmere, Messwerte unterhalb
kühlere Temperaturen.
Tempertaturdifferenz
TFrischluft - TWetterstation [K]
16
14
R2 = 0,9064
12
R2 = 0,9105
10
8
R2 = 0,8845
6
4
2
0
Windgeschw.: 0,0 m/s ≤ v < 2,0 m/s
Windgeschw.: v ≥ 4,0 m/s
-2
-4
-6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Gesamtstrahlung an der Fassade [W/m²]
dargestellt sind die Messwerte
und die Regressionsgeraden,
zugehörige Windgeschwindigkeiten sind durch Farben kenntlich gemacht.
Temperaturdifferenz
TZuluft - TFrischluft [K]
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,6215
0
100
200
300
400
500
600
700
800
dargestellt sind die Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit der
solaren Einstrahlung und die
Regressionsgerade.
Temperaturdifferenz
TZuluft - TWetterstation [K]
14
12
10
R2 = 0,6343
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 87: Beispiel-Diagramm
Seite 40 von 161
b+tga
Vom 10.07.2007 bis zum 06.08.2007 wurde das Bürogebäude der Firma
Athmer in Arnsberg untersucht.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
Lufttemperatur an Wetterstation
Windgeschwindigkeit an der Wetterstation
SGlobal [W/m²]
Globalstrahlung an der Wetterstation
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
10.7.07
0
13.7.07
16.7.07
19.7.07
22.7.07
25.7.07
28.7.07
31.7.07
3.8.07
6.8.07
Datum
Abb. 88: Zeitlicher Verlauf der Lufttemperaturen, Windgeschwindigkeiten und Globalstrahlung im Messzeitraum.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Lufttemp. an Wetterstation
Windgeschwindigkeit
Grenzschichttemperatur (4cm)
Zulufttemperatur
Globalstr. auf Horizontale
Gesamtstr. auf Süd-Fassade
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
14.7.07
15.7.07
0
17.7.07
16.7.07
Datum
Abb. 89: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei Globalstrahlungsintensitäten zwischen 800 und 900W/m² und Windgeschwindigkeiten von 2 bis 3m/s erwärmt sich die Fassadenoberfläche auf bis zu 49°C.
In Folge dessen sind die Fassadengrenzschicht-, die Ansaug- und die Zulufttemperatur 4K bis 5K höher als die Umgebungstemperatur. Beim Durchströmen der Fassade wird die Luft unter diesen Bedingungen um ca. 1K abgekühlt. Das deutliche
Absinken der Zulufttemperatur gegen Mittag des 16.7. ist auf das Öffnen eines Fensters und der damit verbundenen reduzierten Durchströmung des Lüftungselementes zurückzuführen.
Anteilige
Summenhäufigkeit
lokale Wetterstation
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
Globalstrahlungsenergie pro Tag an der Wetterstation [kWh/(m² d)]
Abb. 90: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: an 61% der Tage überschritt der
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die DWD- und MeteoNorm-Daten sind ähnlich den lokal gemessenen.
10
10
15
20
25
30
35
Tageshöchst-Lufttemperaturen an der Wetterstation [°C]
Abb. 91: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: an 25% der Messtage traten an der Wetterstation Tageshöchsttemperaturen über 25°C auf. Die DWDund MeteoNorm-Daten weichen nur geringfügig ab.
Seite 41 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
loakle Wetterstation
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
100%
Lufttemperaturen
anderer Mess-Stationen
[°C]
40
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
MeteoNorm-Lufttemperatur
0%
0
0
1
2
3
4
5
0
5
10
Stundmittel der Windgeschwindigkeiten an der Wetterstation [m/s]
15
20
25
30
35
40
Lufttemperatur an der lokalen Wetterstation [°C]
Abb. 92: Anteilige Summenhäufigkeit der mittleren Windgeschwindigkeiten: an der lokalen Wetterstation wurden während 15% der Messzeit Windgeschwindigkeiten über 2m/s
gemessen. Die DWD- und MeteoNorm-Daten zeigen wesentlich höhere Windgeschwindigkeiten.
Abb. 93: Streuung der vom DWD und MeteoNorm gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessenen: die DWDDaten streuen i.A. mit einer Bandbreite von +/-1,5K um die
lokal gemessenen Temperaturen. Die Streuung der MeteoNorm-Daten ist wesentlich größer, im Mittel sind hier die
Temperaturen etwas niedriger.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Frischluft bei Nacht
10
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Tag
0
Abluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 94: Lufttemperaturen am untersuchten Raum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: Bei hohen solaren
Strahlungsintensitäten ist die aus der erhitzen Fassadengrenzschicht angesaugte Frischluft bis zu 15K wärmer als die Luft
an der Wetterstation. Beim Durchströmen der Fassade wird die Zuluft dann um 1K bis 2K abgekühlt. Nachts sind die Ansaugtemperaturen etwa 1K höher als die Umgebungstemperaturen. Im Lüftungselement wird die Zuluft weiter um 1K erwärmt, so dass sie mit einem Temperaturzuwachs von 2K in den Raum einströmt.
16
14
Abb. 95: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen: es ist eine starke
R = 0,7806
Korrelation zwischen der solaren
Einstrahlung an der Fassade und
R = 0,8664
der Erwärmung der angesaugten
Luft zu erkennen. Während bei geringer Einstrahlung die Ansaugtemperatur im Mittel etwa 1K über der
Umgebungstemperatur liegt, erhöht
sich der Temperaturunterschied mit
steigender Strahlungsintensität auf
bis zu 12K. Windgeschwindigkeiten
zwischen 2m/s und 4m/s reduzieWindgeschw.: v ≥ 4,0 m/s
ren diesen Temperaturzuwachs im
200
300
400
500
600
700
800 Mittel auf 9,5K. Windgeschwindigkeiten über 4m/s sind im MesszeitGesamtstrahlung an der Fassade [W/m²]
raum nicht aufgetreten.
2
12
10
2
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Seite 42 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
TZuluft - TAbluft [K]
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,3327
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R2 = 0,4052
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 96: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen
des Lüftungselementes: Bei geringer Einstrahlung und niedrigen Ansaugtemperaturen wird die Luft um ca. 1K erwärmt,
bei starker Einstrahlung und dementsprechend hohen Ansaugtemperaturen wird sie um bis zu 2K abgekühlt. Die
vereinzelt auftretenden Messwerte mit außergewöhnlich
starker Abkühlung, sind auf mangelnde Durchströmung des
Lüftungselementes bei geöffnetem Fenster zurückzuführen.
Abb. 97: Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Raumluft:
in Folge der geringen thermischen Beeinflussung der Zuluft
im Lüftungselement (vgl. Abb. 96) treten zwischen der Zuund der Raumluft große Temperaturunterschiede auf: Bei
geringer Einstrahlung und kühler Witterung ist die Zuluft bis
zu 12K kälter, bei starker Einstrahlung und hohen Ansaugtemperaturen bis zu 12K wärmer als die Raumluft.
Temperaturdifferenz
14
12
10
R2 = 0,6343
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Abb. 98: Temperaturzuwachs der
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: Es ist
eine deutliche Korrelation zwischen
dem Temperaturzuwachs und der
solaren Strahlungsintensität zu
erkennen: bei geringer Einstrahlung bedingen eine leichte Grenzschichterwärmung und die Vorwärmung im Lüftungselement einen
Temperaturzuwachs von zusammen 2K. Bei 550W/m² solarer Einstrahlung führen die starke Erwärmung der Fassadengrenzschicht
800 und die geringe Kühlung im Lüftungselement zu einem mittleren
Temperaturunterschied von 7,9K.
Zusammenfassung der Ergebnisse:
Witterung
Wie Abb. 90 zeigt, traten an 17 der 21 Messtage hohe solare
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungslufttemperaturen stiegen an
7 Messtagen über 25°C und an zweien über 30°C.
Abweichungen der Wetterdaten
Die zum Vergleich herangezogenen Daten vom Deutschen Wetterdienst stammen von folgenden Standorten:
Temperaturdaten: Arnsberg-Neheim
Winddaten:
Werl
(Distanz zum Messobjekt: 17 km)
Strahlungsdaten: Bochum (Distanz zum Messobjekt: 55 km)
Der Vergleich der solaren Energieeinträge und Lufttemperaturen
mit den lokal gemessenen Werten zeigt eine gute Übereinstimmung. Die im Messzeitraum am Gebäude gemessenen WindgeSeite 43 von 161
b+tga
schwindigkeiten sind jedoch deutlich niedriger als an der DWDWetterstation Werl bzw. in den MeteoNorm-Daten. Ursache
hierfür ist die Lage des Gebäudes am Grund einer in Nord-SüdRichtung verlaufenden Talsohle.
Fassadenoberfläche und Fassadengrenzschicht
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten an der Fassade um 650W/m²,
Umgebungstemperaturen um 30°C und Windgeschwindigkeiten
zwischen 2 und 3m/s erwärmt sich die aus schwarzen Tonfliesen
bestehende Fassadenoberfläche auf 45°C bis 49°C. Es lässt sich
eine rasche Erwärmung der süd-ost-orientieren Fassade am Vormittag und eine deutlich langsamere Abkühlung am Nachmittag
erkennen. Ursache hierfür ist die hohe solare Strahlungsleistung
bei direkter Besonnung in der Erwärmungsphase und die deutlich
geringere Wärmeabstrahlung in die (besonnte) Umgebung in der
Abkühlungsphase.
Insbesondere die Auskühlung wird durch die hohe Wärmekapazität der Fassadenfliesen verzögert. Bei der Erwärmung ist dieser
Dämpfungseffekt auf Grund der starken Solarstrahlungsabsorption an den dunklen Fliesen wesentlich schwächer ausgeprägt.
Die hohen Fassadenoberflächentemperaturen verursachen eine
starke Erwärmung der fassadennahen Grenzschicht (bis zu 8K
gegenüber den Lufttemperaturen an der Wetterstation bei 4cm
Abstand zur Fassadenoberfläche) bzw. die Ausbildung großer
Grenzschichtdicken (im Abstand von 22cm von der Fassadeoberfläche ist die Luft bei Gesamtstrahlungen von 700W/m² verglichen mit der an der Wetterstation im Mittel 4K wärmer.)
Windgeschwindigkeiten zwischen 2 und 4m/s reduzieren die Erwärmung der Fassade bei hohen Strahlungsintensitäten im Mittel
um bis zu 7K und die der Grenzschicht (gemessen 4cm vor der
Fassadenoberfläche) um 2K.
Fassadendurchtritt
Die Fassadendurchführung besteht aus einem durch Flügelklappen verschließbaren Rohr, dessen fassadenseitige Öffnung mit
einem Gitter und dessen raumseitige Öffnung mit einem Kunststofftopf mit integriertem Luftfilter abgedeckt ist. Der kurze Luftweg bedingt eine geringe thermische Beeinflussung der Luft im
Lüftungselement. So weicht die Zulufttemperatur von der Ansaugtemperatur um maximal 2K ab (vgl. Abb. 96). Möglich wäre
auch, dass ein Großteil der Temperaturänderung nicht im Rohr
sondern im raumseitigen Kunststofftopf stattfindet.
Abb. 99: fassadenseitige Ansaugöffnung
Abb. 100: manuell verschließbare
Fassadendurchführung
Abb. 101: raumseitige Zuluftöffnung,
abgedeckt mit einem Kunststofftopf.
Seite 44 von 161
b+tga
Kumulation von Mikroklima-, Fassaden- und Luftführungseffekten
Im Messzeitraum lagen die Zulufttemperaturen im Mittel zwischen 2K (bei geringer Solarstrahlung) und 9K (bei starker Solarstrahlung) über den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Dabei setzte sich der Temperaturanstieg bei geringer Einstrahlung
aus der Ansaugung an der Fassade erwärmter Luft (+1K) und
der Vorwärmung im Lüftungselement (+1K) zusammen. Bei starker solarer Einstrahlung bewirkten die hohen Ansaugtemperaturen (+11K) und die Kühlung im Lüftungselement (-2K) den Temperaturanstieg.
Die Streuung der Messwerte resultiert hauptsächlich aus der
Überlagerung von Außentemperaturschwankungen und Windeinflüssen.
Seite 45 von 161
b+tga
Vom 22.06.2007 bis zum 09.07.2007 wurde das Gebäude der Architektur-Fakultät auf dem Campus Haspel der Universität Wuppertal in Wuppertal untersucht.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
0
22.6.07
24.6.07
26.6.07
28.6.07
30.6.07
2.7.07
4.7.07
6.7.07
8.7.07
10.7.07
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Raumtemperaturen
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
1.7.07
0
3.7.07
2.7.07
Datum
Abb. 103: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei Gesamtstrahlungsintensitäten
um 450W/m² und Windgeschwindigkeiten von 2 bis 3m/s erwärmen sich die hinterlüfteten Faserzementplatten der süd-westorientierten Fassade auf 31 bis 36°C. Die Grenzschicht ist ca. 3K wärmer als die Umgebungsluft. Die Zulufttemperatur ist
bei Besonnung des Lüftungselementes etwa 3K und nachts etwa 2K höher als die Umgebungstemperatur.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
Abb. 104: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: an 47% der Messtage überschritt der
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die Abweichungen zu
den DWD- und MeteoNorm-Daten sind gering.
10
15
20
25
30
35
Abb. 105: Anteilige Summehäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: Die Temperaturen blieben im Messzeitraum stets
unter 25°C. Die Abweichungen zu den DWD-Daten sind
sehr gering. Die MeteoNorm-Temperaturen sind hingegen
durchschnittlich 1,5K höher.
Seite 46 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
100%
Lufttemperaturen
[°C]
40
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
0%
0
1
2
3
4
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 106: Anteilige Summehäufigkeit der mittleren Windgeschwindigkeiten: an der lokalen Wetterstation wurden während 48% der Messzeit Windgeschwindigkeiten über 2m/s
gemessen. An der DWD-Station traten insgesamt wesentlich höhere Geschwindigkeiten auf. Die MeteoNorm-Daten
zeigen eine ähnliche Verteilung für Windgeschwindigkeiten
unter 2m/s, aber deutlich höhere Häufigkeiten für hohe
Windgeschwindigkeiten.
Abb. 107: Streuung der vom DWD und von MeteoNorm gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessene: die
DWD-Temperaturen streuen gleichmäßig um die lokal gemessenen, die MeteoNorm-Daten sind im Mittel geringfügig
höher.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Grenzschicht (4cm) bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Grenzschicht (4cm) bei Nacht
10
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Tag
Abluft bei Nacht
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 108: Lufttemperaturen am untersuchten Raum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: In Folge starker
solarer Einstrahlung erwärmt sich die Grenzschicht bis zu 8,5K. Bei geringer Einstrahlung und nachts ist die Grenzschicht
stets ca. 1K wärmer als die Umgebung. Die Zulufttemperaturen übersteigen die Lufttemperaturen an der Wetterstation bei
Besonnung des Lüftungselementes um etwa 4K. Unabhängig von Strahlungseinflüssen ist die Zuluft etwa 1K wärmer als
Grenzschicht.
Abb. 109: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Grenzschichttemperaturen: es ist eine
klare Korrelation zwischen der solaren Einstrahlung an der Fassade
und der Erwärmung der Grenzschichttemperatur erkennbar. Bei
geringer Einstrahlung liegen die
Grenzschichttemperaturen unabhängig von der WindgeschwindigR = 0,6354
keit um 1K über den UmgebungsR = 0,6692
temperaturen. Bei Strahlungsintensitäten von 500W/m² wird die
Grenzschicht bei Windgeschwindigkeiten unter 2m/s im Mittel um
6,5K erwärmt, bei höheren WindWindgeschw.: 2,0 m/s ≤ v < 4,0 m/s
geschwindigkeiten lediglich um 4K.
Bei Strahlungsintensitäten um
50W/m² und geringen Windge200
300
400
500
600
700
800 schwindigkeiten sinkt die GrenzGesamtstrahlung an der Fassade [W/m²]
schichttemperatur gelegentlich bis
zu 1,5K unter die Lufttemperatur an
der Wetterstation.
TGrenzschicht - TWetterstation [K]
16
14
12
10
8
2
6
2
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Seite 47 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
TZuluft - TGrenzschicht [K]
Temperaturdifferenz
TZuluft - TRaumluft [K]
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,3645
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R2 = 0,1879
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 110: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen der Fassade: Bei geringer Einstrahlung und niedrigen
Umgebungstemperaturen ist die Zuluft 1 bis 2K wärmer als
die Grenzschicht. (Die deutlich über 2K liegenden Temperaturdifferenzen bei Gesamtstrahlungen unter 150W/m² sind
auf zeitweises Abschalten des Lüftungselementes zurückzuführen. ) Bei Strahlungsintensitäten von 500W/m² ist die
Zuluft etwa 2K kühler als die Grenzschicht.
Bei geringer Einstrahlung ist die Zuluft im Mittel 5,5K kühler
als die Raumluft. Mit zunehmender Strahlungsintensität
reduziert sich der Temperaturunterschied bis auf 1K.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
R2 = 0,0416
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungslift an der Wetterstation: Der Temperaturunterschied wird nur in sehr
geringem Maße von der Gesamtstrahlung an der Fassade beeinflusst. Bei geringer Einstrahlung ist
beträgt der Unterschied 2,2K, bei
hoher Einstrahlung 3,4K. Die vereinzelt auftretenden Temperaturunterschiede nahe 0K bei Strahlungsintensitäten um 50W/m² sind
auf kühle morgendliche Grenzschichttemperaturen zurückzu800 führen (vgl. Abb. 109). Abweichungen über 5K traten bei abgeschaltetem Lüftungsgerät auf.
Witterung
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungstemperaturen blieben jedoch
stets unter 25°C.
Die zum Vergleich herangezogenen Daten vom Deutschen
Wetterdienst stammen von folgenden Standorten:
Temperaturdaten: Wuppertal
Winddaten:
Essen
Seite 48 von 161
b+tga
Die lokal gemessenen solaren Energieeinträge stimmen weitgehend mit denen der DWD-Station und denen aus MeteoNorm
überein.
Die lokal und vom DWD gemessenen Tageshöchsttemperaturen
unterscheiden sich kaum. Beide sind aber im Mittel etwa 1,5K
niedriger als die aus mehrjährigen Mittelwerten gebildeten
MeteoNorm-Werte.
Die lokal gemessenen Windgeschwindigkeiten sind zwischen 0,5
und 1m/s geringer als die an der DWD-Wetterstation. Weil die
Verteilung der Häufigkeiten ähnlich ist, ist anzunehmen, dass
Dachaufbauten und/oder ein etwa 200m nord-westlich gelegener,
70m hoher Bergrücken die Windmessungen beeinflusst haben.
Die von MeteoNorm gelieferten Windgeschwindigkeiten sind bis
2m/s ähnlich verteilt wie die lokal gemessenen.
Darüber hinaus weisen die MeteoNorm-Daten auch gegenüber
den DWD-Daten wesentlich höhere Häufigkeiten für z.T. deutlich
höhere Windgeschwindigkeiten auf.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten um 450W/m², Windgeschwindigkeiten von 2 bis 3m/s und Umgebungstemperaturen von 23°C
erwärmen sich die hinterlüftet vor einer Betonbrüstung montierten blass-grünen Faserzementplatten auf bis zu 36°C. Dabei
korreliert der zeitliche Verlauf der Oberflächentemperaturen
direkt mit dem Verlauf der solaren Einstrahlung an der Fassade.
Ursache hierfür ist die geringe thermische Speicherkapazität der
Fassadenplatten in Kombination mit einem hohen konvektiven
Wärmeübergang (direkte Windanströmung und Konvektionsflächen auf der Rückseite der Faserzementplatten) (vgl. Abb.
103).
Die Fassadengrenzschicht erwärmt sich bei Strahlungsintensitäten von 500W/m² und Windgeschwindigkeiten unter 2m/s im
Mittel um 6,5K, höhere Windgeschwindigkeiten (2 bis 4m/s)
reduzieren die Erwärmung um 2,5K.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten um 50W/m² und niedrigen
Windgeschwindigkeiten treten vereinzelt Grenzschichttemperaturen bis 1,5K unter den Umgebungstemperaturen auf (vgl. Abb.
109). Dazu kommt es vormittags, wenn das Umfeld der
Wetterstation in Folge solarer Einstrahlung bereits erwärmt und
die Süd-West-Fassade noch verschattet ist. (Details s. Auswertung der Messung an der KfW-Bank bzw. an der Nord-WestFassade des SIC.)
Fassadendurchtritt
Die Luft wird fassadenseitig durch ein aktives, schallgedämmtes
Lüftungsgerät (Aeromat 150) oberhalb der Brüstung angesaugt
und direkt einem großen Büroraum zugeführt. Die Ansaugöffnung des Lüftungsgerätes ragt 5cm über die Fassadenoberfläche
hinaus.
Weil das Universitätsgebäude nicht mit einer Lüftungsanlage
ausgestattet ist, wurde der eingebaute Motor (Leistungsaufnahme: 25W) dauerhaft genutzt, um einen Volumenstrom von ca.
60 bis 70m³/h (je nach dem ob die Raumtüren geöffnet oder geschlossen waren) zu fördern.
Seite 49 von 161
b+tga
Die thermische Beeinflussung der Zuluft ist für ein schallgedämmtes Lüftungselement, mit langem internen Luftweg zum Abbau
von Schallenergie, ungewöhnlich gering (vgl. Abb. 108, Abb.
110).
Berücksichtigt man zusätzlich die Motorabwärme, die, je nach
Volumenstrom, einen Anstieg der Zulufttemperatur von 1 bis
1,2K verursacht, würde das Lüftungsgerät bei passiver Betriebsweise in dieser Konfiguration bei geringer Einstrahlung einen
Temperaturanstieg von lediglich 1K bewirken.
Erklären lässt sich dies durch eine freie, luftumspülte Lagerung.
Die bei den Feldmessungen in anderen Gebäuden untersuchten
Geräte dieses Typs, die als passive Elemente deutlich höhere
Temperaturbeeinflussungen zeigten, waren stets in die Fassade
integriert.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Ansaugöffnungen dort stets in der Fassadenebene lagen, während sie hier
5cm über diese nach außen ragt. Es ist also zu vermuten, dass
Luft nicht bzw. nur zu einem geringen Anteil aus der bei Besonnung erwärmten Fassadengrenzschicht angesaugt wurde.
Gestützt wird diese Vermutung durch das Auftreten von Zulufttemperaturen um 27°C bei Grenzschichttemperaturen von über
31°C (vgl. Abb. 108). Die oben festgestellte thermische Beeinflussung im Lüftungselement allein reicht nicht aus, um diesen
Temperaturunterschied zu erklären.
Außerdem ist zu beobachten, dass der zeitliche Verlauf der Zulufttemperaturen nicht den Grenzschichttemperaturen folgt,
sondern den Umgebungstemperaturen folgt (vgl. Abb. 103).
Die Temperaturunterschiede zwischen Umgebungs- und Zuluft
steigen mit zunehmender solarer Einstrahlung an der Fassade
leicht an. Bei geringer Einstrahlung ist die Zuluft 2,2K wärmer als
die Umgebungsluft, bei 500W/m² im Mittel 3,4K. Davon sind 1 bis
1,2K auf die Abwärme des eingebauten Ventilatormotors zurückzuführen.
Seite 50 von 161
b+tga
APO23, Geschäftshaus, Neheim
Vom 14.08.2007 bis zum 10.09.2007 wurde das Wohn- und Geschäftshaus APO23 in Neheim untersucht.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
14.8.07
0
17.8.07
20.8.07
23.8.07
26.8.07
29.8.07
1.9.07
4.9.07
7.9.07
10.9.07
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
23.8.07
24.8.07
0
26.8.07
25.8.07
Datum
Abb. 114: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei Globalstrahlungsintensitäten zwischen 650 und 700W/m² und Windgeschwindigkeiten von 1 bis 2m/s erwärmt sich die Fassadenoberfläche (graue Faserzementplatten) auf bis zu 50°C. In Folge dessen übersteigt die Fassadengrenzschichttemperatur die Umgebungstemperatur
um 5K. Die angesaugte Frischluft ist, je nach solarer Einstrahlung und Windgeschwindigkeit, bis zu 5K wärmer als die
Grenzschicht. Die Zulufttemperaturen liegen bis zum frühen Nachmittag auf dem Niveau der Fassadengrenzschicht, übersteigen diese nachmittags jedoch um etwa 2K. Nachts sind die Zulufttemperaturen 4K und die Grenzschicht- und Fassadenoberflächentemperaturen 1 bis 1,5K wärmer als die Umgebungsluft.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
Abb. 115: Anteilige Summehäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: an 29% der Messtage überschritt der
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die DWD- und MeteoNorm-Daten spiegeln die lokalen Messdaten wieder.
10
15
20
25
30
35
Abb. 116: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: die Temperaturen blieben im Messzeitraum
stets unter 25°C. Die DWD-Temperaturen sind gleich, die
MeteoNorm-Werte im Mittel 3 bis 4K höher.
Seite 51 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
100%
Lufttemperaturen anderer
Mess-Stationen [°C]
40
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
0%
0
0
1
2
3
4
5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 117: Anteilige Summenhäufigkeit der mittleren Windgeschwindigkeiten: an der lokalen Wetterstation wurden
während 30% der Messzeit Windgeschwindigkeiten über
2m/s gemessen. Die in freier Lage ermittelten DWD- und
MeteoNorm-Daten zeigen deutlich höhere Windgeschwindigkeiten.
Abb. 118: Streuung der vom DWD und von MeteoNorm gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessenen: die
DWD-Daten um +1 bis -1K um die lokal gemessenen Temperaturen. Die auf mehrjährigen Mittelwerten beruhenden
MeteoNorm-Daten zeigen, dass die Temperaturen im Messzeitraum sehr niedrig waren.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
10
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Tag
0
Abluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Strahlungsintensitäten ist die aus der Fassadengrenzschicht angesaugte Luft um bis zu 10K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Beim Durchströmen der Fassade wird die Zuluft bei hohen Ansaugtemperaturen leicht gekühlt, bei niedrigen um
etwa 3K erwärmt. Nachts war die Lüftungsanlage auf Grund der kalten Witterung meist abgeschaltet.
16
14
R = 0,9064
R = 0,9105
Luft zu erkennen. Während bei
geringer Einstrahlung die AnsaugR = 0,8845
temperatur im Mittel etwa 1,5K
über der Umgebungstemperatur
liegt, erhöht sich der der Temperaturunterschied mit steigender
Strahlungsintensität auf bis zu 12K.
Windgeschwindigkeiten zwischen 2
und 4m/s reduzieren diesen TemWindgeschw.: 2,0 m/s ≤ v < 4,0 m/s
peraturzuwachs um 1K. WindgeWindgeschw.: v ≥ 4,0 m/s
schwindigkeiten über 4m/s führen
200
300
400
500
600
700
800 zu einer weiteren Reduktion. Für
eine quantitative Analyse liegen
jedoch zu wenige Messwerte vor.
2
12
2
10
8
2
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Seite 52 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,6215
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R2 = 0,4901
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 121: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des Lüftungselementes: bei geringer Einstrahlung und
niedrigen Ansaugtemperaturen wird die Luft um ca. 2,5K
erwärmt, bei starker Einstrahlung und dementsprechend
hohen Ansaugtemperaturen wird sie um bis zu 4K abgekühlt.
bei geringer Einstrahlung und kühler Witterung ist die Zuluft
im Mittel 4K kälter, bei starker Einstrahlung und hohen Ansaugtemperaturen ist sie bis zu 6K wärmer als die Raumluft.
Temperaturdifferenz
14
12
10
R2 = 0,4121
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: es zeigt
sich eine klare Korrelation zwischen dem Temperaturzuwachs
und der solaren Strahlungsintensität an der Fassade: bei geringer
Einstrahlung bedingen die Grenzschichterwärmung und die Vorwärmung im Lüftungselement einen
Temperaturzuwachs von zusammen 4K. Bei 550W/m² solarer Einstrahlung führen die Erwärmung der
Frischluft an der Fassade und am
800 Lochblech sowie die Abkühlung im
Lüftungselement zu einem mittleren Temperaturzuwachs von 8,2K.
Witterung
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungslufttemperaturen blieben
stets unter 25°C.
Die zum Vergleich herangezogenen Daten vom Deutschen
Wetterdienst stammen von folgenden Standorten:
Winddaten:
Werl
Der Vergleich der DWD-Daten mit den lokal gemessenen solaren
Energieeinträge und Lufttemperaturen zeigt eine gute Übereinstimmung. Die auf mehrjährigen Durchschnittswerten basierenSeite 53 von 161
b+tga
den MeteoNorm-Daten zeigen, dass die Temperaturen im Messzeitraum deutlich unter dem Durchschnitt lagen (vgl. Abb. 116).
Die im Messzeitraum am Gebäude gemessenen Windgeschwindigkeiten sind deutlich niedriger als an der DWD-Wetterstation
Werl bzw. in den MeteoNorm-Daten. Ursache hierfür könnte das
stark bebaute Umfeld sein.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten an der Fassade von 500W/m²
und Windgeschwindigkeiten um 1,5m/s erwärmt sich die aus
grauen Faserzementplatten bestehende Fassadenoberfläche auf
bis zu 50°C. Dabei korreliert der zeitliche Verlauf der Oberflächentemperaturen direkt mit dem Verlauf der solaren Einstrahlung an der Fassade. Ursache hierfür ist die geringe thermische
Speicherkapazität des Fassadenmaterials.
Auf Grund des stetig mit 1 bis 2m/s wehenden Windes erwärmt
sich die Grenzschicht trotz der hohen Oberflächentemperatur
lediglich um maximal 5,5K.
Fassadendurchtritt
Die Luft wird fassadenseitig durch ein Lochblech angesaugt,
durchströmt einen ca. 10cm tiefen Hohlraum und wird dann
durch schallgedämmte Lüftungselemente dem Raum zugeführt.
Der lange Luftweg bedingt eine starke thermische Beeinflussung
der Zuluft. So wir die die Luft bei geringer solarer Einstrahlung an
der Fassade im Mittel um 3K erwärmt und bei einer Strahlungsintensität von 600W/m² um 4K gekühlt (vgl. Abb. 121). Die geringe Streuung der Messwerte sowie die Aussage des Gebäudebetreibers, dass die Lüftung für die leer stehenden Mieteinheit
aktiviert war, deuten daraufhin, dass die Lüftungselemente kontinuierlich durchströmt wurden.
Im Messzeitraum lagen die Zulufttemperaturen im Mittel zwischen 4K (bei geringer Solarstrahlung) und ca. 8K (bei starker
Solarstrahlung ) über den Lufttemperaturen an der Wetterstation.
Dabei setzte sich der Temperaturanstieg bei geringer Einstrahlung aus der Ansaugung an der Fassade erwärmter Luft (+1,5K)
und der Vorwärmung im Lüftungselement (+2,5K) zusammen.
Hierbei ist zu beachten, dass der untersuchte Raum auf Grund
der kühlen Witterung zeitweise beheizt wurde.
Bei starker solarer Einstrahlung bewirkten die hohen Ansaugtemperaturen (+12K) und die Kühlung im Lüftungselement (-4K) den
Temperaturanstieg.
Die Streuung der Messwerte resultiert aus der Überlagerung von
Außentemperaturschwankungen, Windeinflüssen und Effekten
aus dem zeitweisen Heizbetrieb im Messraum.
Seite 54 von 161
b+tga
TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim
Vom 11.09.2007 bis zum 25.09.2007 wurde das Geschäftshaus TRIHaus in Neheim untersucht.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
11.9.07
12.9.07
13.9.07
14.9.07
15.9.07
16.9.07
17.9.07
18.9.07
19.9.07
20.9.07
21.9.07
22.9.07
23.9.07
0
24.9.07
Datum
Abb. 124: Zeitlicher Verlauf der Lufttemperaturen und Globalstrahlung im Messzeitraum.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Zulufttemperatur, Raum 4
Zulufttemperatur, Apotheke
Zulufttemperatur, Raum 5
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
21.9.07
22.9.07
0
24.9.07
23.9.07
Datum
Abb. 125: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: bei Globalstrahlungsintensitäten von
600W/m² wurden in den untersuchten Räumen Zulufttemperaturen um 30°C gemessen. Der zuerst geringe und ab 9:00Uhr
steile Anstieg der Globalstrahlung resultiert aus der Aufstellung der Wetterstation auf der westlichen Dachterrasse. Der
Strahlungssensor war so bis etwa 9:00Uhr durch das Penthaus bzw. der auf dem Penthausdach installierten PV-Anlage
verschattet.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
Abb. 126: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: lediglich an 7% der Messtage überschritt der solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die DWDund MeteoNorm-Daten weichen geringfügig von den lokalen
Messwerten ab.
10
15
20
25
30
35
Abb. 127: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: an 13% der Messtage überschritten sie an
der lokalen Wetterstation 25°C. Die DWD- und MeteoNormDaten weisen erkennbar niedrigere Tageshöchsttemperaturen aus.
Seite 55 von 161
b+tga
Lufttemperaturen in
Raum 4 [°C]
Lufttemperaturen in
Raum 5 [°C]
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Abluft bei Tag
0
Abluft bei Tag
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 128: Tagsüber gemessene Zu- und Ablufttemperaturen in 2 gleichgroßen Praxisräumen an der Süd-West-Fassade: in
Raum 4 (links) wird die an der Fassade angesaugte Luft über einen leeren Brüstungskasten dem Raum zugeführt, in Raum
5 (rechts) ist der Brüstungskasten mit PCM-Platten zur Kühlung der Zuluft ausgerüstet. Der Vergleich der beiden Grafiken
zeigt identisches Temperaturverhalten in beiden Räumen. Eine Kühlwirkung durch die PCM-Platten ist nicht erkennbar: in
beiden Räumen übersteigen die Zulufttemperaturen 30°C, die Ablufttemperaturen erreichen 28°C. Außerdem fallen die
starke Streuung der Zulufttemperaturen und der starke Temperaturzuwachs gegenüber den Umgebungstemperaturen auf.
All dies deutet darauf hin, dass die Zuluftelemente nicht durchströmt wurden.
Lufttemperaturen in
Raum 4 [°C]
Lufttemperaturen in
Raum 5 [°C]
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
Zuluft bei Nacht
5
10
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Nacht
0
Abluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 129: Nachts gemessene Zu- und Ablufttemperaturen in 2 gleichgroßen Praxisräumen an der Süd-West-Fassade: es
ist, wie bei den über Tage gemessenen Temperaturen, kein Unterschied zwischen dem mit PCM-Elementen im Zuluftstrom
ausgerüsteten Raum (Raum 5, rechts) und dem Vergleichsraum ohne PCM-Elementen (Raum 4, links) erkennbar. Ohne
solare Strahlungseinflüsse ist die Streuung der Messwerte deutlich geringer. Der Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber
der Umgebung ist mit 2 bis 4K größer als beim Verkaufsraum der Apotheke (s.u.) aber wesentlich kleiner als am Tage. Die
Ablufttemperaturen pendeln zwischen 20 und 25°C.
Lufttemperaturen in
Apotheke [°C]
Lufttemperaturen in
Apotheke [°C]
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
10
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Tag
0
Abluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 130: Tagsüber (links) und nachts (rechts) gemessene Zu- und Ablufttemperaturen im Verkaufsraum einer Apotheke im
Erdgeschoss: auch bei Zulufttemperaturen um 30°C steigen die Ablufttemperaturen auf maximal 25°C. Dabei ist die Streuung der Messwerte wesentlich geringer als bei den untersuchten Praxisräumen. Nachts beträgt der Temperaturzuwachs
zwischen Zu- und Umgebungsluft 1 bis 3K.
Seite 56 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz, Raum 4
Temperaturdifferenz, Raum 5
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
R2 = 1E-05
4
4
2
2
0
0
-2
-2
-4
-4
-6
-6
-8
R2 = 0,0002
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
100
Globalstrahlung [W/m²]
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 131: Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft bei den Praxisräumen: es zeigen sich keine nennenswerte Unterschiede zwischen Raum 4 (links, ohne PCM) und Raum 5 (mit PCM im Zuluftweg): unabhängig von der
Globalstrahlung (gemessen an der Wetterstation auf der westlichen Dachterrasse) streuen die Temperaturzuwächse um
einen Mittelwert von 6K. Die extrem starke Streuung und die fehlende Korrelation zur solaren Einstrahlung deuten wieder
darauf hin, dass die Zuluftelemente nicht durchströmt wurden
Temperaturdifferenz, Apotheke
14
12
10
8
6
4
R2 = 0,0202
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft beim Verkaufsraum der Apotheke: mit zunehmender solarer
Einstrahlung nimmt der Temperaturunterschied im Mittel leicht, von
2,5 auf 3,4K zu. Die Streuung ist
dabei geringer als in den Praxisräumen. Die geringe Korrelation
zur Solarstrahlung ist auf die Anordnung des Lüftungselementes in
der Süd-West-Fassade und auf die
zeitweise Verschattung durch
einen Gebäudeüberhang bzw. umliegende Bebauung zurückzuführen. Außerdem sind hier, wie
800 bei anderen Messobjekten, Kühleffekte im Lüftungselement zu
vermuten.
Witterung
Wie Abb. 126 zeigt, trat lediglich an einem der 15 Messtage ein
hoher solarer Wärmeeintrag auf. Die Umgebungslufttemperaturen stiegen an 2 Messtagen über 25°C, blieben aber stets unter
30°C.
Winddaten:
Werl
Seite 57 von 161
b+tga
Der Vergleich der lokal gemessenen solaren Energieeinträge mit
den DWD- und MeteoNorm-Daten zeigt eine annähernde Übereinstimmung (vgl. Abb. 126).
Die am TRI-Haus gemessenen Umgebungstemperaturen sind 2
bis 4K höher als die der Vergleichsdaten (vgl. Abb. 127). Ursache hierfür könnte neben lokal eng begrenzten Effekten (z.B. Abwärme vom benachbarten Werksgelände) auch ein Wärmestau
am der Aufstellungsort der Wetterstation auf einer Dachterrasse
sein. Für eine abschließende Klärung benötigte Vergleichsdaten
aus der unmittelbaren Umgebung ließen sich nicht beschaffen.
Abb. 133: Klein-Wetterstation
zur Messung von Globalstrahlung und Lufttemperaturen auf
der westlichen Dachterrasse.
Hierzu liegt keine Analyse vor, weil am TRI-Haus keine Oberflächen-, Grenzschicht- oder Ansaugtemperaturen gemessen
werden konnten.
Fassadendurchtritt
In den Behandlungsräumen im 3.OG wird die Außenluft durch
runde Lüftungsgitter angesaugt und durch ein Rohr einem raumseitig installierten Brüstungskasten zugeführt. Der Brüstungskasten im Raum 5 war zu Vergleichszwecken mit PCM-Platten
ausgerüstet. Die Luft verlässt die Brüstungskästen durch eine
verschließbare Lochplatte auf der Oberseite.
Weil der Brüstungskasten eine große, ungedämmte Oberfläche
zum Raum hat und das große Volumen eine Reduzierung der
Strömungsgeschwindigkeit und damit eine längere Aufenthaltsdauer der Luft im Brüstungskasten bedingt, wäre eine starke Vortemperierung der Zuluft in Abhängigkeit der Raumtemperatur in
Raum 4 zu erwarten.
In Raum 5 war eine signifikante Kühlung der Zuluft durch die
PCM-Platten erwartet worden. Die kühlen nächtlichen Außentemperaturen sollten in Verbindung mit der direkten Anströmung
zur vollständigen thermischen Entladung der PCM-Speicher führen. An warmen Tagen hätte dann, bis die PCM-Speicher erneut
geladen sind, die Zulufttemperatur ähnlich wie bei den Untersuchungen am Messraum (vgl. Abs. 5.6) auf 26 bis 27°C beschränkt sein sollen.
Weil das thermische Verhalten der beiden Praxisräume nahezu
identisch ist, ist davon auszugehen, dass die Zuluft tagsüber
durch permanent offenstehende Türen über das Foyer aus dem
Treppenhaus angesaugt wurde und nicht durch die Fassadenöffnungen. Mit Einsetzen der Nachtlüftung um 21:00Uhr fallen die
Zulufttemperaturen in beiden Räumen ab (vgl. Abb. 125). Dieses
deutet daraufhin, dass während der Nachtlüftung, bei geschlossener Tür zur zum Treppenhaus, Luft durch die Fassadenöffnungen angesaugt wurde. Die anfänglich etwas höhere Zulufttemperatur in Raum5 ist auf einen Wärmeaustrag aus den PCM-Speichern zurückzuführen. Gegen 3:00Uhr haben sich die Zulufttemperaturen angeglichen; die PCM-Speicher sind dann vollständig
entladen. Mit dem Abschalten der Nachtlüftung um 7:00Uhr lässt
die Durchströmung der Fassadenelemente wieder stark nach
und die Zulufttemperaturen steigen stark an.
Seite 58 von 161
b+tga
In der Apotheke erfolgt die Außenluftansaugung über schallgedämmte Lüftungselemente, die durch einen Gebäudeüberhang
bei hohem Sonnenstand verschattet werden. Der Anstieg der Zulufttemperaturen ähnelt vormittags dem in den Behandlungsräumen im 3. OG. Ab 14:00Uhr fällt die Zulufttemperatur in der Apotheke stark ab (vgl. Abb. 125). Ursache hierfür ist die Verschattung der Erdgeschoßfassade durch süd- und süd-westlich gelegene Gebäude.
Abb. 134: Fassadenseitige Luftansaugung der Apotheke im Erdgeschoss
und der Obergeschosse.
Abb. 135: raumseitige Zuluftöffnung in
einem der untersuchten Praxisräume.
Abb. 136: Raumseitiger Zuluftauslass
im Verkaufsraum der Apotheke.
Auf Grund mangelnder Durchströmung der Lüftungselemente in
den Behandlungsräumen lassen sich für diese Räume keine Erkenntnisse gewinnen.
Beim Verkaufsraum der Apotheke ist eine schwache Korrelation
zwischen der Globalstrahlung (gemessen an der Wetterstation)
und dem mittleren Temperaturzuwachs zwischen Umgebungsund Zulufttemperatur erkennbar. Die geringen Strahlungseinflüsse sind in der häufigen Verschattung des Lüftungselementes
durch einen Gebäudeüberhang bzw. umliegende Bebauung begründet. Die oft wechselnde Verschattungssituation am Lüftungselement und der Bezug auf die Global- statt auf die Gesamtstrahlung an der Fassade tragen ebenfalls zu der in Abb. 132 erkennbaren Streuung der Messwerte bei.
Eine weitere Ursache liegt möglicherweise in einer reduzierten
Durchströmung der Lüftungselemente bei zeitweise offen stehender Tür zwischen Verkaufsraum und Treppenhaus.
Der geringe mittlere Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber
der Außentemperatur von 2,5 bis 3,4K ist neben der Einbausituation der Lüftungselemente vermutlich auch auf Kühleffekte im
Lüftungselement zurückzuführen. Diese lassen sich wegen
fehlender Ansaugtemperatur-Messwerte hier nicht nachweisen,
traten aber an baugleichen Lüftungselementen bei APO23 (vgl.
Abb. 121) und REB (vgl. Abb. 145) auf.
Möglicherweise wurden auch überhöhte Umgebungstemperaturen an der Wetterstation gemessen (vgl. „Abweichungen der
Wetterdaten“ bzw. Abb. 127).
Seite 59 von 161
b+tga
Für die Auswertung der Messung am Bürogebäude der Remscheider
Entsorgungsbetriebe wurde eine Schönwetterphase vom 10.07.2008 bis
zum 04.08.2008 gewählt.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
10.7.08
0
13.7.08
16.7.08
19.7.08
22.7.08
25.7.08
28.7.08
31.7.08
3.8.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
25.7.08
26.7.08
27.7.08
0
29.7.08
28.7.08
Datum
Abb. 138: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei Globalstrahlungsintensitäten zwischen 800 und 850W/m² und Windgeschwindigkeiten von 1 bis 2m/s erwärmen sich die Polycarbonat-Platten der süd-westorientieren Fassade auf bis zu 43°C. Die Grenzschichttemperatur (4cm vor der Fassadenoberfläche) ist 4K und die Ansaugtemperatur bis zu 9K höher als die Umgebungstemperatur. Der geringe Unterschied zwischen Ansaug- und Umgebungstemperatur am 26.7. ist auf die Verschattung der Ansaugöffnung durch heruntergefahrene Jalousien zurückzuführen.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die DWD- und MeteoNorm-Daten weichen nur geringfügig von den lokal gemessenen Daten ab.
10
15
20
25
30
35
Abb. 140: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: an 23% der Messtage überschritten sie an
der lokalen Wetterstation 25°C. Die DWD- und MeteoNormDaten weichen nur geringfügig von den lokal gemessenen
Daten ab.
Seite 60 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
Lufttemperaturen
anderer
Mess-Stationen [°C]
40
MeteoNorm-Daten
100%
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
0%
0
0
1
2
3
4
5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2m/s gemessen. Die DWD- und MeteoNorm-Daten weichen
hier stark von den lokalen Windverhältnissen ab.
Abb. 142: Streuung der vom DWD und von MeteoNorm gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessenen: die
DWD-Daten streuen mit einer Bandbreite von etwa +/-3K
um die lokal gemessenen Temperaturen.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
5
10
Zuluft bei Tag
Zuluft bei Nacht
5
Abluft bei Tag
0
Abluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Strahlungsintensitäten ist die aus der Fassadengrenzschicht angesaugte Frischluft um bis zu 12K wärmer als die Luft an der
Wetterstation. Beim Durchströmen der Fassade wird die Zuluft um 3 bis 4K abgekühlt. Nachts sind die Ansaugtemperaturen
etwa 1,5K höher als die Umgebungstemperaturen. Im Lüftungselement wird die Zuluft weiter um 1K erwärmt, so dass sie mit
einem Temperaturzuwachs von ca. 2,5K in den Raum einströmt. Die im rechten Diagramm dargestellten z.T. hohen Zulufttemperaturen bei Außentemperaturen unter 15°C sind auf das Abschalten der Lüftungsanlage und das damit verbundene
Verschließen der Lüftungselemente zurückzuführen.
16
14
R = 0,5818
R = 0,592
Luft zu erkennen. Während bei geringer Einstrahlung die Ansaugtemperatur im Mittel 1,5 bis 2K über
der Umgebungstemperatur liegt,
erhöht sich der Temperaturunterschied mit steigender StrahlungsinWindgeschw.: 0,0 m/s ≤ v < 2,0 m/s
tensität auf bis zu 12K. WindgeWindgeschw.: 2,0 m/s ≤ v < 4,0 m/s
schwindigkeiten zwischen 2 und
4m/s reduzieren den Temperatur200
300
400
500
600
700
800 zuwachs im Mittel auf 6,5K. Windgeschwindigkeiten über 4m/s sind
im Messzeitraum nicht aufgetreten.
2
12
10
8
2
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Seite 61 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,6138
0
100
200
300
400
500
600
700
R2 = 0,4203
0
800
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 145: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen der Fassade: Bei geringer Einstrahlung und niedrigen
Ansaugtemperaturen wird die Luft um ca. 1K erwärmt, bei
starker Einstrahlung und dementsprechend hohen Ansaugtemperaturen wird sie um bis zu 4K abgekühlt. Die vereinzelt auftretenden Messwerte mit noch höherer Abkühlung
sind auf mangelnde Durchströmung der Lüftungselemente
bei geöffneten Fenstern oder Türen zurückzuführen.
Bei geringer Einstrahlung und kühler Witterung ist die Zuluft
im Mittel 4K kälter, bei starker Einstrahlung und hohen Ansaugtemperaturen ist sie bis zu 6K wärmer als die Raumluft.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
R2 = 0,0036
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: Die Zuluft
ist unabhängig von der solaren Einstrahlung an der Fassade etwa 3K
wärmer als die Umgebungsluft. Im
800 Mittel kompensieren hier Kühleffekte im Lüftungselement die solare
Erwärmung der angesaugten Luft.
Witterung
6 Messtagen über 25°C, blieben aber stets unter 30°C.
Temperaturdaten: Remscheid
Winddaten:
Essen
Der Vergleich der lokalen Wetterdaten mit den Daten des DWD
und MeteoNorm zeigt gute Übereinstimmung bzgl. solarer Energieeinträge und Lufttemperaturen. Die am Gebäude gemessenen
Windgeschwindigkeiten sind jedoch deutlich niedriger als die an
Seite 62 von 161
b+tga
der DWD-Wetterstation Essen bzw. in den MeteoNorm-Daten.
Ursache hierfür könnte bei vorherrschendem Westwind die Lage
des Gebäudes an einem Nordost-Hang und/oder Bäume in der
Nähe der Süd-West-Fassade sein. Für die endgültige Klärung
der Abweichungen wäre eine Langzeitmessung nötig.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten an der Fassade von 300 bis
400W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1 und 2m/s erwärmt sich die Oberfläche der hell-grünen, transluzenten Polycarbonat-Stegplatten auf 40°C bis 43°C. Dabei korreliert der zeitliche Verlauf der Oberflächentemperaturen direkt dem Verlauf
der solaren Einstrahlung an der Fassade. Ursache hierfür ist die
sehr geringe thermische Speicherkapazität des Fassadenmaterials (vgl. Abb. 138).
Auf Grund des geringen Absorptionsgrades der Fassadenoberfläche und des stetig mit 1 bis 2m/s wehenden Windes, erwärmt
sich die Grenzschicht gegenüber der Umgebungsluft lediglich um
maximal 4,5K.
Fassadendurchtritt
Die Außenluft wird durch 1m hohes und 7cm breites Lüftungsgitter in den west-orientierten Fensterlaibungen angesaugt. Von
dort wird sie jeweils durch 3 ca. 30cm lange, parallel zur Fassade
verlaufende Luftkanäle einem passiven Lüftungselement vom
Typ Aeromat 150 zugeführt. Aus dem Lüftungselement strömt die
Zuluft gegen eine (bei abgeschalteter Heizung kühle) Heizfläche.
Entsprechend der Länge des Weges durch die Fassade ist die
thermische Beeinflussung der Luft hoch. Wird das Lüftungselement durchströmt, weicht die Zulufttemperatur von der Ansaugtemperatur um bis zu 4K ab (vgl. Abb. 145).
Die Luftansaugung in den west-orientierten Fensterlaibungen, die
erst ab ca. 13:30Uhr (Winterzeit) direkt besonnt werden, lässt
während eines Großteils der Büroarbeitszeiten Ansaugtemperaturen auf dem Niveau der Grenzschichttemperaturen erwarten.
Die Messungen bestätigen dies weitgehend. Ab 13:00Uhr (entspricht 14:00Uhr Sommerzeit) steigen die Ansaugtemperaturen
deutlich über die Grenzschichttemperaturen an (vgl. Abb. 138).
Ursache hierfür ist die Aufheizung der dunkel lackierten Lüftungsgitter zunächst in Folge diffuser und ab 13:30Uhr auch direkter
Solarstrahlung.
streuen im Messzeitraum stark um einen Mittelwert von 3K. Eine
Korrelation zur solaren Einstrahlung an der Fassade ist nicht
erkennbar. Hier heben im Mittel Kühleffekte beim Durchströmen
der Fassade den strahlungsbedingten mittleren Temperaturzuwachs zwischen Umgebungs- und Ansaugtemperatur auf. Die
starke Streuung der Messwerte resultiert aus der Überlagerung
von Temperaturschwankungen und Windeinflüssen.
Abb. 148: Luftansaugung und
Zuluftelement im Rohbau.
(Quelle: enob.info)
Abb. 149: Luftansaugung und
durch Heizfläche verdecktes
Lüftungselement im endgültigen
Montagezustand.
Seite 63 von 161
b+tga
Vom 20.06.2008 bis zum 11.07.2008 wurde das Haupthaus der KfWBank in Frankfurt a.M. untersucht.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
19.6.08
21.6.08
23.6.08
25.6.08
27.6.08
29.6.08
1.7.08
3.7.08
5.7.08
7.7.08
9.7.08
0
11.7.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Sonnenschutz
Abluft-Volumenstrom
Gesamtstr. auf West-Fassade
Solarstrahung [W/m²]
Sonnenschutz [%]
Volumenstr. [m³/h]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
29.6.08
30.6.08
0
2.7.08
1.7.08
Datum
Abb. 151: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Gesamtstrahlungsintensitäten an der
Fassade von (über) 590W/m² (der Messbereich des Strahlungssensors endet bei 590W/m²) führen zu Ansaugtemperaturen
von 35 bis 40°C und Zulufttemperaturen zwischen 30 und 31°C. Die Sonnenschutzbenutzung korrespondiert direkt mit der
Einstrahlung an der Fassade. Der starke Anstieg der Gesamtstrahlung ab 14:00Uhr resultiert aus der West-Ausrichtung der
untersuchten Fassade. Die Nachtlüftung ist nicht temperaturgeführt, so ist sie am Sonntag, den 29.6.08, auch bei Umgebungstemperaturen über 30°C eingeschaltet.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die DWD-Daten sind
ähnlich. Die MeteoNorm-Daten zeigen, dass die solaren
Energieeinträge etwas über dem mehrjährigen Mittel lagen.
10
15
20
25
30
35
Abb. 153: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: an 65% der Messtage überschritten sie 25°C.
Während die DWD-Daten nur geringfügig abweichen, zeigen die MeteoNorm-Daten, dass die Temperaturen im
Messzeitraum über dem mehrjährigen Mittel lagen.
Seite 64 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
100%
Lufttemperaturen
[°C]
40
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
0%
0
0
1
2
3
4
5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2m/s gemessen. Die Vergleichsdaten vom DWD und von
MeteoNorm weichen, auch untereinander, deutlich ab.
Abb. 155: Streuung der vom DWD und von MeteoNorm
gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessenen: die
DWD-Daten streuen mit einer Bandbreite von +1 bis -4K um
die lokal gemessenen Temperaturen. Die Meteo-NormTemperaturwerte sind hauptsächlich noch niedriger.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Raumluft bei Tag
0
10
Zuluft bei Nacht
5
Raumluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 156: Lufttemperaturen am untersuchten Raum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: bei starker solarer
Einstrahlung erwärmt sich die Luft im Ansaugbereich der Lüftungselemente auf bis zu 40°C bzw. 10K über Umgebungstemperatur, die Zulufttemperaturen bleiben stets unter 32°C. Ursache hierfür sind Einflüsse aus der aktiven Raumkühlung.
Mittels Kühldecken werden auch die Raumtemperaturen auf ca. 26°C begrenzt. Nachts liegen die Ansaugtemperaturen etwa
1K unter den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Der Einfluss der Raumtemperatur ist auch nachts erkennbar: so ist bei
kühler Witterung ein Temperaturzuwachs von etwa 2K und bei warmer Witterung eine Abkühlung von bis zu 2K zu erkennen.
16
14
12
10
8
6
Abb. 157: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen: es ist eine Korrelation
zwischen der solaren Einstrahlung
an der Fassade und der thermischen Beeinflussung der angesaugten Luft zu erkennen: bei geringer Einstrahlung und niedrigen
Windgeschwindigkeiten ist die
R = 0,4086
angesaugte Luft bis zu 4K kühler
R = 0,1621
als die Luft an der Wetterstation.
Bei höheren Windgeschwindigkeiten ist der Temperaturunterschied
nur etwa halb so groß.
Bei starker Einstrahlung kehrt sich
das Prinzip um. Dann führen Wind200
300
400
500
600
700
800 geschwindigkeiten zwischen 2 und
4m/s im Mittel zu 1K geringeren
Temperaturunterschieden.
2
4
2
2
0
-2
-4
-6
0
100
Seite 65 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,4165
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R2 = 0,5618
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 158: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des Lüftungselementes: es ist eine starke thermische
Beeinflussung der Luft erkennbar. Bei geringer Einstrahlung
und niedrigen Ansaugtemperaturen wird die Luft um bis zu
4K erwärmt; bei hohen Strahlungsintensitäten und Umgebungstemperaturen wird sie im Mittel um 4K abgekühlt.
In Folge der starken thermischen Beeinflussung der Zuluft
im Lüftungselement (vgl. Abb. 158) treten zwischen Zu- und
Raumluft geringe Temperaturunterschiede auf. Bei geringer
Einstrahlung ist die Zuluft im Mittel 2K kühler, bei starker
Einstrahlung und dementsprechend hohen Ansaugtemperaturen 3K wärmer als die Raumluft.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
R2 = 0,0047
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: im Mittel
ist die Zuluft 0,5K wärmer als die
800 Luft an der Wetterstation. Eine Korrelation zur solaren Einstrahlung an
der Fassade ist nicht erkennbar.
Vorbemerkung
Alle 4 untersuchten Büroräume liegen auf der Westseite des Gebäudes im 5. OG. Weil die Messwerte dementsprechend nur
geringe Abweichungen aufweisen, werden im Folgenden exemplarisch die Messergebnisse eines Raumes ausgewertet.
Witterung
15 Messtagen über 25°C und an dreien über 30°C.
Temperaturdaten: Frankfurt a.M.
Winddaten:
Frankfurt a.M.
Strahlungsdaten: Geisenheim (Distanz: ca. 52km)
Seite 66 von 161
b+tga
Der Vergleich der lokal gemessenen Globalstrahlung und Lufttemperaturen mit denen des DWD zeigt annähernde Übereinstimmung, wobei die auf dem Dach der KfW-Bank gemessenen
Umgebungstemperaturen tendenziell höher und die Globalstrahlungswerte tendenziell niedriger sind (vgl. Abb. 152, Abb. 153).
Die Relation zu den MeteoNorm-Daten zeigt, dass die Temperaturen im Messzeitraum deutlich über dem mehrjährigen Mittel
lagen.
Die auf dem höchst gelegenen Dach gemessenen Windgeschwindigkeiten sind wesentlich geringer als die der DWD- bzw.
MeteoNorm-Daten (vgl. Abb. 154). Ursache hierfür ist eine ca.
5m hohe Glasbalustrade, die den Dachbereich umschließt und
eine direkte Windanströmung der Wetterstation behindert. Dies
begünstigt insbesondere bei starker solarer Einstrahlung und
geringen Windgeschwindigkeiten die Ausbildung eines Warmluftbereiches im Umfeld der Wetterstation, wodurch die gegenüber
der DWD-Wetterstation leicht erhöhten Lufttemperaturen erklärbar sind.
Abb. 161: Haupthaus der KfWBank in Frankfurt. Der Dachbereich, auf dem die Wetterstation aufgestellt ist, wird von
einer Glasbalustrade gesäumt.
(Foto: Uni Karlsruhe)
Die Erwärmung der angesaugten Luft gegenüber der Umgebungsluft nimmt mit steigender solarer Einstrahlung an der
Fassade zu.
Bei geringen Strahlungsintensitäten und niedrigen Windgeschwindigkeiten ist die fassadenseitig angesaugte Luft im Mittel
2K kühler als die Umgebungsluft (vgl. Abb. 157). Dieser Effekt
tritt insbesondere morgens auf, wenn sich an der über Nacht
ausgekühlten Fassadenkonstruktion eine kalte Grenzschicht
ausgebildet hat. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wird der
Aufbau der Grenzschicht gestört, folglich gleichen sich dann
Ansaug- und Umgebungstemperatur an.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten um 100W/m² unterschreiten
die Ansaug- die Umgebungstemperaturen um bis zu 4K. Dieser
Effekt tritt vormittags auf, wenn der Dachbereich um die Wetterstation infolge direkter Sonneneinstrahlung bereits erwärmt ist,
die West-Fassade aber noch im Schatten liegt (vgl. Abb. 151).
Hohe Strahlungsintensitäten erwärmen die Fassade stark, so
dass die Ansaugtemperaturen dann bis zu 8K über den Umgebungstemperaturen liegen. Dabei reduzieren Windgeschwindigkeiten über 2m/s die mittleren Ansaugtemperaturen um etwa 1K.
Die starke Streuung wird durch die Erwärmung des Dachbereichs im Tagesverlauf hervorgerufen. So sinken ab etwa 18:00
Uhr, wenn der Dachbereich stark erwärmt ist, die Temperaturdifferenzen zwischen Ansaug- und am Dach gemessener Umgebungstemperaturen immer unter 3K.
Fassadendurchtritt
Die Außenluft strömt durch motorisch verschließbare, passive
Lüftungselemente oberhalb der Fenster in den Raum.
Dabei wird die Lufttemperatur im Mittel bei geringer solarer Einstrahlung um 2K erhöht und bei starker Einstrahlung um 4K
gesenkt (vgl. Abb. 158). Ursache hierfür ist trotz eines vergleichsweise kurzen Luftwegs im Lüftungselement der starke Wärmeaustausch mit dem Raum. Die Raumtemperatur wird durch einen
Seite 67 von 161
b+tga
Aluminium-Fensterrahmen und durch direkt anschließende
Deckenpaneele aus Blech dem Lüftungselement zugeleitet.
Bedingt durch die West-Ausrichtung der Fassade und die Kühlung im Lüftungselement bleiben die Zulufttemperaturen bis etwa
14:00Uhr (entspricht 15:00Uhr Sommerzeit) unter 26°C. Gegen
17:00Uhr (entspricht 18:00Uhr Sommerzeit) treten Maximaltemperaturen zwischen 30 und 32°C auf (vgl. Abb. 151).
Abb. 162: Detail-Zeichnung des Zuluftelementes (Quelle: Universität Karlsruhe)
streuen im Messzeitraum stark um einen Mittelwert von 0,5K (vgl.
Abb. 160). Eine Korrelation zur solaren Einstrahlung an der Fassade ist nicht erkennbar. Hier heben im Mittel Kühleffekte im Lüftungselement den strahlungsbedingten mittleren Temperaturzuwachs zwischen Umgebungs- und Ansaugtemperatur auf.
Die starke Streuung der Messwerte resultiert aus den unterschiedlichen
Erwärmungszuständen an der Wetterstation auf dem Gebäudedach und
der erst am Nachmittag besonnten West-Fassade. Zusätzlich verstärken
Temperaturschwankungen und Windeinflüsse die Streuung der
Messwerte.
Seite 68 von 161
b+tga
Vom 26.07.2008 bis zum 10.10.2008 wurde das Solar Info Center (SIC)
untersucht. Dabei fanden bis zum 25.08.2008 Messungen an der SüdOst-Fassade und anschließend an der Nord-West-Fassade statt.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
26.7.08
0
30.7.08
3.8.08
7.8.08
11.8.08
15.8.08
19.8.08
23.8.08
Datum
Abb. 163: Zeitlicher Verlauf relevanter Wetterdaten während der Untersuchungen an der Süd-Ost-Seite des SIC.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Raumtemperaturen
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
29.7.08
30.7.08
0
1.8.08
31.7.08
Datum
Abb. 164: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase an der Süd-Ost-Fassade: Bei Gesamtstrahlungsintensitäten um 650W/m² und Windgeschwindigkeiten von 1,5 bis 2m/s erwärmt sich die Fassadengrenzschicht bis 13:00Uhr auf maximal 35°C. Ab 14:00Uhr (entspricht 15:00Uhr Sommerzeit), wenn die Fassade nicht mehr direkt
besonnt wird, nähert sich die Grenzschichttemperatur der Umgebungstemperatur an. Die Ansaugbereiche erwärmen sich
bei Besonnung der vorgelagerten Jalousiekästen und geringen Windgeschwindigkeiten bis zu 3K stärker als die Grenzschicht; mittags bleiben sie 1 bis 2K kühler.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
100%
80%
80%
80%
60%
60%
60%
40%
40%
40%
20%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
10
15
20
25
30
35
0
1
2
3
4
5
Abb. 165: Kumulierte Wetterdaten: Der solare Energieeintrag überschritt an 18% der Messtage 4kWh/(m² d). (Der DWD
konnte auf Grund eines Sensordefekts keine Vergleichswerte liefern). Die Tageshöchsttemperaturen überstiegen an 55%
der Messtage 25°C. Dabei wurden am SIC etwas höhere Umgebungstemperaturen als an der DWD-Station gemessen. Die
von MeteoNorm gelieferten Temperaturen sind markant niedriger als die gemessenen. Die lokalen Windgeschwindigkeiten
überschritten während 63% der Messzeit 2m/s. Sie weichen geringfügig von denen des DWD ab. Die MeteoNorm-Daten
zeigen, dass die Windgeschwindigkeiten etwas höher als im mehrjährigen Mittel waren.
Seite 69 von 161
b+tga
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
25.8.08
0
30.8.08
4.9.08
9.9.08
14.9.08
19.9.08
24.9.08
29.9.08
4.10.08
9.10.08
Datum
Abb. 166: Zeitlicher Verlauf relevanter Wetterdaten während der Untersuchungen an der Nord-West-Fassade des SIC. In
den Auswertungen werden vornehmlich die Messwerte bis einschließlich 12.9. berücksichtigt, weil der Heizbetrieb in der anschließenden kalten Witterungsphase die Analysen beeinträchtigt.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Raumtemperaturen
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
8.9.08
9.9.08
0
11.9.08
10.9.08
Datum
Abb. 167: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase an der Nord-West-Fassade: Bis die
Fassade ab etwa 15:00Uhr (entspricht 16:00Uhr Sommerzeit) direkt besonnt wird, bleiben die Grenzschichttemperaturen 1,5
bis 2,5K unter den Umgebungstemperaturen. Die Temperaturen im Ansaugbereich sind dann maximal 1,5K wärmer als die
Grenzschicht. Um 17:00Uhr (entspricht 18:00Uhr Sommerzeit) beträgt bei Gesamtstrahlungsintensitäten von 400 bis
500W/m² und Windgeschwindigkeiten um 2,5m/s die maximale Fassadengrenzschichttemperatur 28°C. Die Grenzschicht ist
zu diesem Zeitpunkt maximal 2,5K wärmer als die Umgebungsluft. Die Temperaturen im Ansaugbereich entsprechen bei
direkter Windanströmung denen der Grenzschicht, im Windschatten übersteigen sie diese bis zu 4K.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
100%
80%
80%
80%
60%
60%
60%
40%
40%
40%
20%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
10
15
20
25
30
35
0
1
2
3
4
5
Abb. 168: Kumulierte Wetterdaten: Der solare Energieeintrag überschritt an 40% der Messtage 4kWh/(m² d). (Der DWD
konnte auf Grund eines Sensordefekts keine Vergleichswerte liefern). Die Tageshöchsttemperaturen überstiegen an 19%
der Messtage 25°C. Dabei wurden am SIC geringfügig höhere Temperaturen als an der DWD-Station gemessen. Gegenüber den MeteoNorm-Daten zeigen sich deutliche Abweichungen bei Tageshöchsttemperaturen über 20°C. Die lokalen
Windgeschwindigkeiten überschritten während 53% der Messzeit 2m/s. Hierbei gibt es keine nennenswerten Abweichungen
zu den Vergleichsdaten.
Seite 70 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Raumluft bei Tag
0
Frischluft bei Tag
10
Zuluft bei Tag
5
Raumluft bei Tag
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 169: Lufttemperaturen am Büro auf der Süd-Ost- (links) bzw. auf der Nord-West-Seite (rechts) in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation bei Tag: Die Ansaugtemperaturen an der zum Hof gerichteten Süd-Ost-Fassade sind höher als
an der Nord-West-Fassade. Die Zulufttemperaturen auf der Süd-Ost-Seite entsprechen bei Umgebungstemperaturen unter
20°C weitgehend den Ansaugtemperaturen. Auf der Nord-West-Seite wird die Zuluft bei gleichen Außenbedingungen um 4
bis 7K erwärmt. (Für beide Diagramme gilt: Zulufttemperaturen über 19°C sind bei Umgebungstemperaturen unter 20°C auf
mangelnde Durchströmung der Lüftungselemente zurückzuführen.) Die vermeintliche Kühlung der Zuluft bei Umgebungstemperaturen über 25°C ist ebenfalls auf mangelnde Durchströmung der Lüftungselemente damit Erfassung der durch
kapazitive Effekte gekühlten Raumluft zurückzuführen.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
Zuluft bei Nacht
5
Raumluft bei Nacht
0
10
Zuluft bei Nacht
5
Raumluft bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 170: Lufttemperaturen am Büro auf der Süd-Ost- (links) bzw. auf der Nord-West-Seite (rechts) in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation bei Nacht: Die Ansaugtemperaturen an beiden Räumen sind nachts sehr ähnlich. Die geringfügig größere Streuung auf der Nord-West-Seite lässt auf stärkere Windeinflüsse schließen. Die Zulufttemperaturen verhalten sich ähnlich, wie am Tage. Die spärliche Datenlage bei der Nord-West-Seite resultiert aus der nur einmal im Messzeitraum betrieben Nachtlüftung.
16
16
14
14
12
12
10
10
8
8
2
R = 0,7037
6
R2 = 0,4951
4
R2 = 0,4906
2
6
R2 = 0,2877
4
R2 = 0,21
2
0
-2
-4
-6
0
-2
-4
-6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 171: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen an der Süd-Ost- (links) und Nord-West-Fassade
(rechts): an der Süd-Ost-Fassade erwärmen sich die Ansaugbereiche bei vergleichbarer solarer Einstrahlung geringfügig
stärker als an der Nord-West-Seite. Auch die Windeinflüsse sind hier etwas stärker ausgeprägt, wobei diese geringen Unterschiede auch durch statistische Abweichungen auf Grund stark unterschiedlicher Anzahl von Messwerten bei hohen Einstrahlungen bedingt sein können. An der Nord-West-Fassade waren die Ansaugtemperaturen bei Solarstrahlungsintensitäten um 100W/m² und Windgeschwindigkeiten unter 2m/s oft bis zu 2,5K niedriger als die Umgebungstemperaturen.
Auf Grund der geografischen Ausrichtung treten an der Süd-Ost-Fassade wesentlich höher Strahlungsintensitäten (bis zu
740W/m²) als an der Nord-West-Fassade (maximal 600W/m²) auf. (Bei der Messung an der Nord-West-Fassade ist keine
Regressionsgerade für Windgeschwindigkeiten unter 2m/s eingezeichnet, weil hierfür zu wenige Messwerte bei hohen
Strahlungsintensitäten vorliegen.)
Seite 71 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,3205
0
100
200
300
400
500
600
700
R2 = 0,5544
0
800
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 172: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen der Süd-Ost- (links) und Nord-West-Fassade (rechts): Auf der
Süd-Ost-Seite erwärmt sich die Luft im Lüftungselement bei geringer Einstrahlung im Mittel um 1,5K. Bei 600W/m² wird sie
durchschnittlich um 3K gekühlt. Auf der Nord-West-Seite ist eine deutlich stärkere thermische Beeinflussung der Luft zu beobachten. Hier wird sie bei geringer Einstrahlung im Mittel um 4K erwärmt und bei 600W/m² um 5K abgekühlt. (Für die NordWest-Seite Es sind nur Messpunkte aus der Schönwetter-Periode bis zum 12.09.2008 dargestellt.)
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,0886
0
100
200
300
400
500
600
700
R2 = 0,2995
0
800
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 173: Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Raumluft an der Süd-Ost- (links) und Nord-West-Fassade (rechts): Der
mittlere Temperaturunterschied der Zuluft gegenüber der Raumluft ist in beiden Räumen ähnlich. Die stärkere Streuung der
Messpunkte an der Süd-Ost-Fassade ist auf die geringere thermische Beeinflussung der Zuluft im Lüftungselement zurückzuführen.
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
R2 = 0,0082
2
0
0
-2
-2
-4
-4
-6
-6
-8
R2 = 0,209
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 174: Temperaturzuwachs der Zuluft an der Süd-Ost- (links) und Nord-West-Fassade (rechts) gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: An der Süd-Ost-Fassade sind die Zulufttemperaturen im Mittel, nahezu unabhängig von der
solaren Einstrahlung, ca. 2K wärmer als die Umgebungsluft. An der Nord-West-Fassade korreliert der mittlere Temperaturunterschied mit der solaren Einstrahlung. Bei geringer Einstrahlung ist die Zuluft 4K wärmer, bei Strahlungsleistungen von
600W/m² 1,5K kühler als die Umgebungsluft. An beiden Fassaden treten bei Strahlungsleistungen zwischen 100 und
200W/m² Zulufttemperaturen bis zu 4K unter den Umgebungstemperaturen auf, wobei der Effekt an der Nord-West-Fassade
deutlich stärker ausgeprägt ist.
Seite 72 von 161
b+tga
Witterung
Während der Messung an der Süd-Ost-Fassade traten an 18 der
31 Messtage hohe solare Wärmeeinträge auf. Die Umgebungstemperaturen stiegen an 17 Messtagen über 25°C und an 5 über
30°C. Die Schönwetterphase dauerte im 2. Messzeitraum noch
18 Tage an, danach wurde die Witterung wesentlich kühler. Insgesamt wurden während der Untersuchungen an der Nord-WestFassade an 19 der 47 Messtage solare Wärmeeinträge von über
4kWh/(m² d) gemessen. Die Umgebungstemperaturen überschritten an 9 Tagen 25°C, blieben aber stets unter 30°C.
Temperaturdaten: Freiburg
Winddaten:
Freiburg
Strahlungsdaten: auf Grund eines Sensordefekts standen keine
Strahlungsdaten zur Verfügung.
Die solaren Energieeinträge entsprachen in beiden Messzeiträumen etwa denen aus MeteoNorm, d.h. die Sonnenscheindauern
entsprachen dem mehrjährigen Mittelwert. Die Temperaturen
wichen insbesondere im ersten Messzeitraum stark von den
MeteoNorm-Daten ab. Dabei waren die am SIC gemessenen
Tageshöchsttemperaturen etwas höher als die an der DWDStation. Nach dem Ende der Schönwetterphase am 12.09.2008
lagen die Temperaturen etwa auf dem MeteoNorm-Temperaturniveau.
Die Windgeschwindigkeiten lagen im ersten Messzeitraum etwas
über den MeteoNorm-Daten, im zweiten gab es keine nennenswerten Unterschiede. Die Abweichungen zwischen DWD- und
lokaler Wetterstation sind in beiden Messzeiträumen vernachlässigbar.
Die Erwärmung der angesaugten Luft gegenüber der Umgebungsluft nimmt mit steigender solarer Einstrahlung an beiden
Fassaden stark zu.
Bei geringer Einstrahlung entspricht die Ansaugtemperatur an
der meist direkt windangeströmten Nord-West-Fassade der Umgebungstemperatur. Auf der windabgewandten, zum Hof orientierten Seite tritt dies erst bei Windgeschwindigkeiten über 4m/s
auf. Geringere Windgeschwindigkeiten führen zu einem mittleren
Temperaturzuwachs von 1K.
Bei hoher solarer Einstrahlung (600W/m²) treten bei Windgeschwindigkeiten von 2 bis 4m/s an der Süd-Ost-Fassade mittlere
Temperaturzuwächse von 5K, an der gegenüberliegenden Gebäudeseite von 4K auf. Höhere Windgeschwindigkeiten reduzieren die Temperaturzuwächse an der Süd-Ost-Seite um 2,5K, auf
der Nord-West-Seite um 1,8K. Der etwas größere Einfluss hoher
Windgeschwindigkeiten auf der Süd-Ost-Seite ist auf die ebenfalls größeren solaren Energieeinträge (6,9kWh/(m² d) gegenüber 6,1kWh/(m² d)) zurückzuführen. Bedingt durch die geografiSeite 73 von 161
b+tga
sche Ausrichtung, treten hier längere Einwirkdauern (um
15:30Uhr (Sommerzeit) wechselt die direkte Besonnung von der
Süd-Ost- zur Nord-West-Seite) bei gleichzeitig größeren Strahlungsintensitäten (bis zu 740W/m² gegenüber maximal 600W/m²
an der Nord-West-Fassade) auf.
In Kombination mit der windgeschützten Lage führt dies bei
Windgeschwindigkeiten zwischen 2 und 4m/s zu einer stärkeren
Erwärmung der Ansaugtemperaturen an der Süd-Ost-Fassade
(im Mittel 6K gegenüber 4K, vgl. Abb. 171).
An der Nord-West-Fassade treten bei Einstrahlungsintensitäten
unter 200W/m² und niedrigen Windgeschwindigkeiten oft Ansaugtemperaturen bis zu 2,5K unter den Umgebungstemperaturen auf. Dazu kommt es vormittags, wenn das Umfeld der Wetterstation in Folge solarer Einstrahlung bereits erwärmt ist, die
Nord-West-Fassade aber noch im Schatten liegt. Höhere Windgeschwindigkeiten stören die Ausbildung einer Grenzschicht an
der über Nacht ausgekühlten Fassade. Sie mindern deshalb, abhängig von der Windrichtung, diesen Effekt.
Fassadendurchtritt
Die Zuluft strömt auf beiden Gebäudeseiten durch passive
Lüftungselemente oberhalb der Fenster in die Büros. Auf der
dem ruhigen Hof zugewandten Süd-Ost-Seite sind einfache, auf
der straßenzugewandten Nord-West-Seite schallgedämmte
Lüftungselemente eingebaut. Diese beiden Elementtypen unterscheiden sich insbesondere bezüglich der Länge des Luftweges:
- einfaches Lüftungselement:
direkte Luftführung von der Ansaug- zur Zuluftöffnung
- schallgedämmtes Lüftungselement:
Luft wird zum Abbau von Schallenergie im Element
mehrfach umgelenkt und auf einem langen Weg durch
das Element geführt.
Entsprechend der Länge der Luftwege zeigt sich im schallgedämmten Element eine wesentlich stärkere mittlere thermische
Beeinflussung der Zuluft als im einfachen auf der Süd-Ost-Seite
(vgl. Abb. 172). Bei geringer solarer Einstrahlung wird die Zuluft
im schallgedämmten Element im Mittel um 4K erwärmt, während
bei gleichen Randbedingungen im einfachen Element lediglich
eine Erwärmung um 2K auftritt. Auch die geringere Streuung der
Messwerte deutet auf eine größere Dämpfung im schallgedämmten Lüftungselement hin.
Bei Gesamtstrahlungsintensitäten von 600W/m² an der Fassade
wird die Zuluft beim Durchströmen des schallgedämmten Elementes im Mittel um 5K und im einfachen um 3K abgekühlt.
streuen am einfachen Lüftungselement auf der Süd-Ost-Seite
nahezu unabhängig von der solaren Einstrahlung an der Fassade um 2K (vgl. Abb. 174). Die Kühlung der Zuluft unter die
Umgebungstemperatur ist auf Einflüsse aus dem durch kapazitive Effekte gekühlten Büroraum zurückzuführen. Bei besonSeite 74 von 161
b+tga
ders starken Kühleffekten ist davon auszugehen, dass auf Grund
mangelnder Durchströmung der Lüftungselemente die Raumtemperaturen gemessen wurden.
An der Nord-West-Seite impliziert ein abfallender Verlauf der
Regressionsgeraden wesentlich stärkere Kühleffekte im Lüftungselement (vgl. Abb. 174). Die Steigung der Regressionsgerade ist jedoch stark durch die große Anzahl von Messwerten
bei Strahlungsintensitäten unter 200W/m² geprägt.
Die geringe Anzahl von Messwerten bei höheren Strahlungsintensitäten sowie die nicht sichergestellte Durchströmung des
Lüftungselementes verhindern hier eine quantitative Interpretation der Messergebnisse. Es ist zu vermuten, dass hier mit
zunehmender Einstrahlung ähnliche Kühleffekte wie in anderen
schallgedämmten Lüftungselementen auftreten.
Seite 75 von 161
b+tga
Für die Zeit vom 11.09.2006 bis zum 18.09.2006 wurden Daten von der
Firma Imtech zur Verfügung gestellt.
TUmgebung [°C]
VWind [m/s]
Lufttemperatur, lokale Wetterstation
Windgeschwindigkeit, DWD-Wetterstation
SGlobal [W/m²]
Globalstrahlung, DWD-Wetterstation
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
11.9.06
12.9.06
13.9.06
14.9.06
15.9.06
16.9.06
0
18.9.06
17.9.06
Datum
Abb. 175: Zeitlicher Verlauf der lokal gemessenen Lufttemperaturen und Windgeschwindigkeiten sowie der an der DWDStation Hamburg erfassten Globalstrahlung. (Lokal gemessen Globalstrahlungsdaten sind nicht verfügbar.)
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Lufttemp., lokale Wetterstation
Eintrittstemperatur
Windgeschwindigkeit, lokal
Lufttemp., DWD-Wetterstation
Windgeschwindigkeit, DWD
Solarstr.
[W/m²]
50
1000
45
900
40
800
35
700
30
600
25
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
11.9.06
12.9.06
0
14.9.06
13.9.06
Datum
Abb. 176: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei Globalstrahlungsintensitäten von
600 bis 650W/m², Windgeschwindigkeiten um 2m/s und Umgebungstemperaturen um 27°C beträgt die Lufttemperatur nach
Durchströmen der Fassade 33°C (Eintrittstemperatur). Auffällig sind der schnelle Anstieg und das langsame Abklingen der
Eintrittstemperaturen.
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
Anteilige
Summenhäufigkeit
MeteoNorm-Daten
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
0%
0
2
4
6
8
10
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d). Die MeteoNorm-Daten
zeigen wesentlich geringere Energieeinträge. Lokale gemessene Einstrahlungsdaten liegen nicht vor.
10
15
20
25
30
35
Abb. 178: Anteilige Summehäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: Die lokal gemessenen Temperaturen sind etwa
1K höher als an der DWD-Station und 8 bis 10K höher als
die MeteoNorm-Temperaturen.
Seite 76 von 161
b+tga
Anteilige
Summenhäufigkeit
DWD-Daten
MeteoNorm-Daten
100%
Lufttemperaturen
[°C]
40
35
80%
30
60%
25
20
40%
15
10
20%
DWD-Lufttemperatur
5
0%
0
1
2
3
4
5
0
0
5
10
Abb. 179: Anteilige Summenhäufigkeit der mittleren Windgeschwindigkeiten: Die DWD- und MeteoNorm-Daten zeigen bis etwa 3,5m/s eine ähnliche Häufigkeitsverteilung.
Darüber hinaus treten in den MeteoNorm-Daten öfter
höhere Windgeschwindigkeiten auf. Die lokal gemessenen
Windgeschwindigkeiten sind etwa 50% niedriger als an der
DWD-Station.
20
25
30
35
40
Abb. 180: Streuung der vom DWD und von MeteoNorm gelieferten Lufttemperaturen um die lokal gemessenen: Die
DWD-Temperaturen streuen in einem Bereich von +2 bis
-3K um die lokal gemessenen. Die MeteoNorm-Daten weichen wesentlich nach unten ab.
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
Eintrittstemp. bei Tag
5
15
0
5
Eintrittstemp. bei Nacht
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 181: Lufttemperaturen nach dem Durchströmen der Fassade in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: bei
hohen Umgebungstemperaturen und hohen Strahlungsintensitäten ist die einströmende Luft bis zu 10K wärmer als die
Umgebungsluft. Die Temperaturen auf Umgebungsniveau treten abends, ab 18:00Uhr auf, wenn die Fassade nicht mehr
besonnt wird. Nachts liegt der Temperaturzuwachs bei etwa 1,5K.
TEintritt - TWetterstation [K]
16
14
12
R2 = 0,9791
10
R2 = 0,9708
8
Abb. 182: Wind- und Strahlungseinflüsse auf die Eintrittstemperaturen: es ist eine klare Korrelation
zwischen der Erwärmung der Zuluft
und der Gesamtstrahlung an der
Fassade erkennbar. Bei 600W/m²
Windgeschw.: 0,0 m/s ≤ v < 2,0 m/s ist die Zuluft im Mittel 9K wärmer
Windgeschw.: 2,0 m/s ≤ v < 4,0 m/s als die Umgebungsluft. Windeinflüsse sind nicht feststellbar. Die
geringe Anzahl an Datenpunkten
100
200
300
400
500
600
700
800 resultiert aus der Einschränkung
auf Betriebszeiten des im BrüsGesamtstrahlungsintensität an der Fassade [W/m²]
tungsgerät verbauten Ventilators.
R2 = 0,9906
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
Seite 77 von 161
b+tga
Witterung
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungstemperaturen stiegen an 7
Messtagen über 25°C, blieben aber stets unter 30°C.
Temperaturdaten: Hamburg
Winddaten:
Hamburg
Strahlungsdaten: Hamburg
Der Vergleich der gemessenen Wetterdaten mit den MeteoNormDaten zeigt, dass im Untersuchungszeitraum für die Jahreszeit
außergewöhnlich hohe Temperaturen herrschten. Auch der
solare Energieeintrag war wesentlich höher als im mehrjährigen
Mittel.
Die Winddaten unterscheiden sich hingegen nur unwesentlich.
Der schnelle Anstieg der Eintrittstemperaturen bei Besonnung
der Fassade und das langsamere Absinken deuten auf eine Beeinflussung durch thermische Speichereffekte in der Fassade hin
(vgl. Abb. 176). Ähnlich dem Verwaltungsgebäude der Fa.
Athmer wird auch hier die Luft aus der Fassadengrenzschicht an
einer dunklen, thermischen schweren Fassade, angesaugt.
Eine detaillierte Auswertung ist auf Grund fehlender Messdaten
von der Fassade nicht möglich.
Abb. 183: Ansaug-Situation am Bürogebäude der Firma Imtech, (Quelle: Imtech)
Seite 78 von 161
b+tga
Fassadendurchtritt
Hierzu konnte auf Grund fehlender Ansaugtemperaturen keine
Analyse erstellt werden.
Die Eintrittstemperaturen korrelieren mit den solaren Strahlungsintensitäten. Bei geringer solarer Einstrahlung sind sie bis zu 2K
wärmer als die Umgebungsluft. Bei einer Globalstrahlungsleistung um 600W/m² beträgt der Temperaturzuwachs, je nach
Windgeschwindigkeit, 7 bis 9K. Die starke Streuung der Messwerte bei Windgeschwindigkeiten über 4m/s ist vermutlich auf
Einflüsse der Windrichtung zurückzuführen. Weil keine Windrichtungsdaten vorlagen, konnte dem nicht weiter nachgegangen
werden.
PCM-Zuluftkühlung:
Eine Analyse zur Wirksamkeit der PCM-Zuluftkühlung in den
Brüstungsgeräten ist in [20] zu finden.
Seite 79 von 161
b+tga
Zusammenfassung
Strahlungsdaten
Die pro Tag eingestrahlte Solarenergie weicht unabhängig von
der Distanz zur DWD-Messstation und der Gebäudelage um
höchstens 6% ab. Die etwas größere Abweichung beim TRIHaus ist auf die morgendliche Verschattung des Messsensors
durch Gebäudeteile und die einfachere Messtechnik zurückzuführen.
Umgebungstemperaturen
Die mittleren Lufttemperaturen an den Messobjekten sind i.d.R.
etwa 1K höher als an den DWD-Stationen. Die Abweichungen
bei der KfW-Bank bzw. beim TRI-Haus sind auf die Balustraden
um den Aufstellungsort der jeweiligen Wetterstation zurückzuführen. Die auffällig große Abweichung beim REB-Gebäude ist
auf nächtliche Einflüsse durch die Abluftanlage zurückzuführen.
Wind
Die Abweichung der Windgeschwindigkeiten ist stark abhängig
von der Lage des Gebäudes. In freien Lagen, wie beim SIC, treten ähnliche Windgeschwindigkeiten wie an den DWD-Stationen
auf.
Im Windschutz von Hängen (Athmer, REB) treten auch in freien
Lagen deutlich niedrigere Windgeschwindigkeiten auf.
Dichte (APO23) bzw. hohe (Imtech) umliegende Bebauung reduziert die Windgeschwindigkeiten etwa auf die Hälfte. Die besonders starke Abweichung bei der KfW-Bank ist auf die Windverschattung der Wetterstation durch die Dachbalustrade zurückzuführen.
Maßgebliche Einflüsse aus der Entfernung zur DWD-Station
können nicht festgestellt werden.
Tab. 2: Zusammenstellung der Abweichungen zwischen lokalen und DWD-Messwerten
Objekt
Solarstrahlung
Lage
Entfernung zum
DWD-Messort
Umgebungstemperaturen
mittlere Abweichung
zur DWD-Messung
Entfernung zum
DWD-Messort
Wind
mittlere
Abweichung
Entfernung zum
DWD-Messort
mittlere Abweichung
zur DWD-Messung
[ km ]
[ kWh/d ]
[%]
[ km ]
[K]
[ km ]
[ m/s ]
[% ]
Athmer
Talsohle
55
-143
-3,00
nahe Messobjekt1)
0,68
17
-1,97
-61,36
Haspel
Stadtrandlage
25
-249
-6,67
nahe Messobjekt1)
0,89
24
-0,91
-32,60
APO23
dichte Bebauung
52
107
3,51
nahe Messobjekt1)
0,92
12
-1,41
-46,29
TRI-Haus
Stadtrandlage
52
-338
-10,38
nahe Messobjekt1)
1,71
11
---
---
REB
Nord-Ost-Hang
33
18
0,43
nahe Messobjekt1)
2,20
33
-0,95
-36,16
SIC, Sept.
freie Lage
---
---
---
nahe Messobjekt1)
1,18
nahe Messobjekt1)
0,12
4,98
1)
1,38
nahe Messobjekt1)
-0,01
0,38
SIC, Okt.
freie Lage
---
---
---
nahe Messobjekt
KfW
Stadtrandlage
52
-352
-6,07
nahe Messobjekt1)
1,74
nahe Messobjekt1)
-2,27
-68,00
Imtech
Stadtrandlage
nahe Messobjekt1)
---
---
nahe Messobjekt1)
1,03
nahe Messobjekt1)
-2,06
-53,33
1)
DWD-Station ist Stadt, in der sich das Messobjekt befindet, zugeordnet.
Seite 80 von 161
b+tga
Die geringste Erwärmung der Fassadengrenzschicht in Folge
solarer Einstrahlung zeigt sich bei den verschattet angeordneten
Lüftungseinlässen bei der KfW-Bank und am SIC. Die höchsten
Ansaugtemperaturen treten bei APO23, REB und Imtech auf. Bei
APO23 resultieren die hohen Temperaturen aus der Luftansaugung aus einem durch ein Lochblech abgedeckten Hohlraum.
Das Lochblech leitet solar eingestrahlte Energie an den Hohlraum ab. Zusätzlich erwärmt durch die Löcher einfallende Solarstrahlung die Rückwand des Hohlraums.
Beim REB-Gebäude führt die starke Absorption von Solarstrahlung an den dunkel gefärbten, westorientierten Fensterlaibungen
bzw. Ansauggittern ab mittags zur Erwärmung der Grenzschicht
und der einströmenden Luft.
Am Imtech-Gebäude bedingt die Strahlungsabsorption an der
dunklen Ziegelfassade eine starke Erwärmung der Grenzschicht
bzw. der daraus angesaugten Zuluft.
Die Grenzschichterwärmung an dunklen, auf Grund fehlender
oder flacher Nachbarbebauung, frei vom Wind angeströmten
Fassaden zeigt eine starke Windabhängigkeit. Bei geringen
Windgeschwindigkeiten bauen sich an den erhitzen Fassadenoberflächen warme Grenzschichten auf; hohe Windgeschwindigkeiten stören die Grenzschichtausbildung, wodurch auch die Ansaugtemperaturen sinken. Besonders deutlich tritt dieser Effekt
am REB- und am Athmer-Gebäude in Erscheinung. Bei den übrigen Gebäuden führen höhere Windgeschwindigkeiten ebenfalls
zu niedrigeren Ansaugtemperaturen, der Effekt ist dort aber
weniger stark ausgeprägt.
Besonders schwach ist der Effekt an windverschatteten Fassaden (Imtech, APO23) bzw. bei (wind)verschatteten Ansaugöffnungen (KfW-Bank, SIC) ausgeprägt.
Der besonders geringe Windeinfluss bei APO23 ist durch die
windverschattete Lage des Gebäudes an einer Straßenschlucht
und durch die Luftansaugung aus einem besonnten aber windentkoppelten Holraum zu erklären.
Tempertaturdifferenz, Windgeschw.: 0 bis 2m/s
R² = 0,5818
14
APO23
R² = 0,9064
R² = 0,7755
12
14
12
Haspel
10
Imtech
8
KfW-Bank
6
REB
4
2
SIC - NW-Fassade
2
0
SIC - SO-Fassade
0
10
R² = 0,9791
8
R² = 0,6354
6
Athmer
R² = 0,5920
R² = 0,8664
R² = 0,9708
Haspel
Imtech
R² = 0,7037
R² = 0,4086
4
APO23
R² = 0,9105
Athmer
R² = 0,4951
R² = 0,6692
R² = 0,2877
KfW-Bank
REB
R² = 0,1621
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Gesamtstrahlung an der Süd-Fassade [W/m²]
Abb. 184: Einfluss der Solarstrahlung auf die mittleren Ansaugtemperaturen bei Windgeschwindigkeiten unter 2m/s
(gemessen an der lokalen Wetterstation). (Von der Süd-OstFassade des SIC liegen zu wenige Messwerte für eine Mittelwertbildung vor.)
SIC - NW-Fassade
SIC - SO-Fassade
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 185: Wie Abb. 184, jedoch bei Windgeschwindigkeiten
zwischen 2 und 4m/s.
Seite 81 von 161
b+tga
Fassadendurchtritt
Bei allen Gebäuden kommt es bei geringer solarer Einstrahlung
zu einer Erwärmung der Luft beim Durchströmen der Fassade
bzw. bei hoher Einstrahlung zu einer Kühlung. Wie stark der
Effekt ausgeprägt ist, hängt von der konstruktiven Ausgestaltung
der Lüftungselemente ab. Es zeigt sich: je länger der Luftweg
durch die Fassade ist, umso größer ist die Temperaturänderung.
So treten die stärksten Temperaturbeeinflussungen in Lüftungselementen auf, die zur Schallabsorption lange interne Luftwege
aufweisen (REB, Nord-West-Fassade SIC, APO23).
Die geringsten Temperaturänderungen sind bei dem Lüftungselement mit dem kürzesten Luftweg (Athmer) zu beobachten.
Die ungewöhnlich starke Zuluftkühlung im REB-Gebäude ist
neben dem langen Luftweg auch auf kapazitive Effekte eines
raumhohen Heizkörpers zurückzuführen, der 10cm vor der raumseitigen Zuluftöffnung installiert ist. Durch langwelligen Strahlungsaustausch mit der im Sommer nicht betriebenen und daher
kühlen Heizfläche wird das Lüftungselement gekühlt.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2 0
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
APO23
Athmer
Haspel
Imtech
100
200
300
400
R² = 0,3645
500
600
R² = 0,3249
700
800
R² = 0,3205
R² = 0,4165
R² = 0,5544
R² = 0,6215
R² = 0,6138
KfW-Bank
REB
SIC - NW-Fassade
SIC - SO-Fassade
Abb. 186: Mittlere Temperaturänderungen der Zuluft beim Durchströmen der Lüftungselemente als
Funktion der solaren Einstrahlung.
Seite 82 von 161
b+tga
Bei der Darstellung des Temperaturzuwachses in Abhängigkeit
der solaren Strahlungsintensität an der Fassade zeigt sich ein
signifikanter Unterschied zwischen Zuluftelementen mit kurzem
(Athmer, Imtech) und langem internen Luftweg. Die in Abb. 186
erkennbaren Kühleffekte bei Lüftungselementen mit langen Luftwegen führen hier zu annähernd konstanten mittleren Temperaturzuwächsen gegenüber der Umgebungsluft. Sind nur kurze
Luftwege vorhanden ist ein signifikanter Anstieg der Zulufttemperaturen bei zunehmender solarer Einstrahlung zu beobachten.
Außerdem ist erkennbar, dass Zuluft, die durch dauerhaft verschattete Ansaugöffnungen (KfW-Bank, SIC) strömt, einen geringeren Temperaturunterschied zur Umgebung aufweist.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2 0
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R² = 0,6311
APO23
R² = 0,4121
R² = 0,6044
Haspel
R² = 0,0416
R² = 0,0036
R² = 0,0082
R² = 0,0005
100
200
300
400
500
600
Athmer
700
800
Imtech
KfW-Bank
REB
SIC - NW-Fassade
SIC - SO-Fassade
Abb. 187: Mittlerer Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber der
Umgebungsluft (gemessen an der
lokalen Wetterstation).
Seite 83 von 161
b+tga
5 Experimentelle Untersuchungen an einem
Messraum
Zur messtechnischen Untersuchung süd-orientierter Büroräume wurde
Anfang 2007 ein Messraum auf dem Campus Haspel der Universität
Wuppertal errichtet. (Detaillierte Beschreibung der Umgebung: s. Abs.
4.2 – Haspel.) Mit diesem, nach dem zugehörigen Lehrstuhl „BTGA-Box“
genannten, Messraum lassen sich unterschiedliche Lüftungs- und Fassadenkonfigurationen untersuchen, wobei die Steuerung der technischen Anlagen ohne Rücksicht auf Nutzer frei variiert werden kann. Auf
Grund baulicher Auflagen konnte der Messraum nicht exakt süd-ausgerichtet werden. Seine Ausrichtung weicht um 15° nach Westen ab.
Abb. 188: BTGA-Box auf dem
Campus Haspel
(Bild: Bing Maps)
Abb. 189: Messraum "BTGA-Box" mit unterschiedlichen Brüstungskonfigurationen
5.1 Konstruktion und Ausstattung
Struktur
Das Innere des auf einer Betonteil-Fertiggarage basierenden „Messgebäudes“ gliedert sich in ein 5,15m langes und 2,93m breites „Messbüro“ und einen 1,00m langen Vorraum gleicher Breite.
Im Vorraum sind, thermisch getrennt vom Messraum, Geräte wie die
Lüftungsanlage und ein Mess-PC untergebracht.
Abb. 190: Das "Messgebäude"
"BTGA-Box" basiert auf einer Fertigteil-Garage. Es gliedert sich in
einen 15m² großen Mess-Raum
und einen 3m² großen Vorraum zur
Unterbringung von Anlagen- und
Messtechnik.
Seite 84 von 161
b+tga
Fassade
Die Süd-Seite des süd-ausgerichteten Messraums besteht aus einer
Bürogebäude-typischen Pfosten-Riegel-Fassade. Der Brüstungsbereich
ist mit grauen Vakuum-Dämm-Paneelen vom Typ Schüco Vacutherm
(U-Wert = 0,23 W/(m² K)) ausgekleidet.
Zur Untersuchung des Einflusses der Fassadenhelligkeit, gibt es im
Brüstungsbereich Haltevorrichtungen, mit denen farbige Faserzementplatten hinterlüftet vor den Vakuum-Paneele befestigt werden können.
Die 3 Fenster sind mit einer Sonnenschutz-Doppel-Verglasung ausgestattet (U = 1,1 W/(m² K), g = 34%, Lichttransmissionsgrad = 66%).
Die beiden seitlichen Fensterelemente lassen sich elektrisch kippen und
manuell schwenken, die große mittlere Scheibe ist fest eingebaut.
Über und unter der Mittelscheibe sind Lüftungsgeräte vom Typ Aeromat
VT angeordnet, mit denen unterschiedliche Zuluftkonfigurationen getestet werden können.
Die Pfosten-Riegel-Fassade lässt sich vollflächig mit einem elektrisch
angetriebenen, außen angebrachten Sonnenschutz verschatten. Weil
der hervorstehende Sensorarm des Profilsensor während der Messungen am oberen Lüftungselement den Einsatz der Jalousie verhinderte,
wurde bei allen anderen Messungen zu Gunsten vergleichbarer Ergebnisse auf den Jalousieeinsatz verzichtet.
„Innere“ trennende Bauteile
Zur Nachbildung der adiabaten Verhältnisse an den inneren Raumumschließungsflächen eines Mittelbüros, sind Decke, Boden und die vermeintlichen Innenwände außenseitig stark wärmegedämmt (UAW = 0,15
W/(K m²), UDecke = 0,10 W/(K m²), UBoden = 0,05 W/(K m²)). Weil zudem
die Temperaturdifferenzen zwischen Gebäudeinneren und der Umgebung während der sommerlichen Messungen gering sind, werden die
adiabaten Verhältnisse realer Bürogebäude sehr gut angenähert.
Zur Abbildung der geringen Wärmekapazitäten üblicher Trennwände in
Bürogebäuden müssen die hohen Wärmekapazitäten der tragenden
Wandschalen in der BTGA-Box abgeschirmt werden. Dafür sind die
Betonwände innenseitig mit aufgedoppelten Rigipswänden mit hinterliegenden EPS-Platten verkleidet.
Die Betondecke soll, wie in einem passiv gekühlten Büro wünschenswert, als thermischer Speicher zur Verfügung stehen. Um eine gute Ankopplung an die Raumtemperaturen zu gewährleisten, ist die Decke
nicht verputzt, sondern lediglich (weiß) gestrichen.
Der Fußboden ist mit dunkelgrauem PVC ausgelegt.
Lüftung
Die Lüftungsanlage ist so konzipiert, dass ein Büroraum in einem Gebäude mit dezentralen Zuluftelementen und zentraler Abluftanlage simuliert wird.
Die außenseitige Luftansaugung erfolgt in Abhängigkeit der gerade
durchgeführten Untersuchung durch das obere oder untere Lüftungselement in der Süd-Fassade. Obwohl beide Lüftungselemente über eingebaute Ventilatoren verfügen, wurden sie für die hier durchgeführten
Untersuchungen als rein passive Elemente genutzt. Die Lüftungselemente ragen raumseitig etwa 14cm aus ihrer Einfassung aus AluminiumProfilen und werden in diesem Bereich von Raumluft umspült. Dieses
Seite 85 von 161
b+tga
und die Luftführung in einem 1,50m langen, gegen die Raumluft nicht
gedämmten, Blechkanal führen zu einer Temperaturannäherung der
durchströmenden Luft an die Raumtemperatur.
Abb. 191: Die Lüftungselemente sind so konstruiert bzw. eingebaut, dass Luft beim Durchströmen an Raumtemperatur
angenähert wird.
Abb. 192: geöffnetes Lüftungselement: die Luft strömt
links in den Blechkanal ein und verlässt diesen am
Auslass auf der rechten Seite.
Die Abluft wird mittig auf der Messraumrückseite durch ein 2,4m über
dem Boden angeordnetes Tellerventil abgesaugt und über die im Vorraum eingebaute Lüftungsanlage aus dem Gebäude transportiert.
Die Lüftungsanlage ist in 3 Stufen (Taglüftung, Nachtlüftung, aus)
steuerbar. Die Steuerung erfolgt automatisch. (Details s. Abs. 5.3)
Abb. 193: Im Vorraum der BTGA-Box installierte Abluftanlage.
Abb. 194: Tellerventil im Messraum mit AblufttemperaturSensor
Heizung
Für die Beheizung in den Übergangszeiten bzw. während Kaltwetterperioden steht ein elektrisch betriebener Ölradiator vom Typ kaz
Duracraft DW-215E im Messraum bereit. Dieser verhinderte, dass die
thermischen Speicher stark auskühlen. Dadurch waren die Speicher zu
Beginn von Schönwetterperioden bereits in einem quasi eingeschwungenen Zustand, so dass direkt mit den Messungen begonnen werden
konnte.
Deckenventilator
Im Juni 2009 wurde ein Deckenventilator mittig in den Messraum eingebaut. Der von ihm erzeugte Luftstrom sollte den konvektiven WärmeSeite 86 von 161
b+tga
übergang an der Decke erhöhen und dadurch die Speicherkapazität in
der Decke besser nutzbar machen.
PCM-Box
Angeregt durch die Messung an einem Praxisraum im TRI-Haus (vgl.
Abs. 4.2), bei dem die Zuluft durch in den Luftweg eingebrachte PCMPlatten gekühlt werden sollte, und durch Fremduntersuchungen eines
ähnlichen Systems im Imtech-Haus [20], wurde der Messraum zeitweise
ebenfalls mit einer PCM-Zuluftkühlung ausgestattet. Dazu wurde an das
untere Lüftungselement ein mit PCM-Platten ausgerüsteter Holzkasten,
die „PCM-Box“, angeschlossen. So gelangte die Luft aus dem Lüftungsgerät von oben in die mit bis zu 15 PCM-Platten bestückbare PCM-Box,
strömte, sofern eingebaut, zwischen den PCM-Platten hindurch und
verließ die PCM-Box durch einen bodennahen, 2cm hohen Schlitz an
der Vorderseite. Für die Untersuchungen wurden Aluminum-verkapselte
PCM-Platten vom Typ Dörken DELTA-COOL24 eingesetzt. Der Achsabstand der PCM-Platten betrug 2cm.
Vorteil einer solchen Zuluftkühlung gegenüber (mikroverkapseltem)
PCM in Decken und Wänden ist die direkte Anströmung des PCM-Speichers und damit die Sicherstellung der (nächtlichen) Entladung bei Zulufttemperaturen unter der Kristallisationstemperatur. Es muss jedoch
sichergestellt sein, dass die dem Raum zugeführte Luft tatsächlich die
PCM-Kühlung durchströmt und nicht, z.B. durch offenstehende Türen,
auf anderem Wege dem Raum zuströmt. (vgl. Messung an 2 Praxisräumen im TRI-Haus).
Oberes Lüftungselement
elektr. kippbare Fenster
Unteres Lüftungselement
PCM-Box
Deckenventilator
Lampen zur Simulation
interner Wärmequellen
(insgesamt 4x 60W)
elektr. Heizkörper
Abluftanlage
Abb. 195: Isometrie des Messgebäudes "BTGA-Box"
Seite 87 von 161
b+tga
5.2 Verwendete Messtechnik
Das messtechnische Konzept der BTGA-Box ist an das der Feldmessungen (s. Abs. 4.1) angelehnt. Am Messraum konzentrieren sich die
Untersuchungen jedoch ausschließlich auf die Süd-Fassade.
Diese ist im oberen Bereich mit einem Pyranometer (CMP6 von Kipp &
Zonen) zur Erfassung der Gesamtstrahlung an der Fassade ausgerüstet. Vor dem jeweils genutzten Zuluftelement misst ein FassadenSensor wie bei den Feldmessungen die Lufttemperaturen im Abstand
von 4cm, 11,5cm und 22 cm zur Fassade. Dabei sind die Messköpfe zur
Minimierung solarer Strahlungseinflüsse mit Doppelhülsen ummantelt.
Zur Erfassung von Auftriebsströmungen misst ein Hitzdrahtanemometer
die vertikalen Strömungsgeschwindigkeiten 15 cm vor der Fassadenoberfläche.
Abb. 197: Sensor an der Süd-Fassade der BTGA-Box zur
Messung von Auftriebsströmungen und eines Temperaturprofils. Zum Schutz vor Strahlungseinflüssen sind die Temperatursensoren mit Doppelhülsen ummantelt.
Abb. 196: Pyranometer an der
BTGA-Box zur Erfassung der
solaren Einstrahlung an der
Fassade.
Abb. 198: Daten-Logger und Steuereinheit vom Typ
Squirrel 2020.
Am Ein- und Auslass des Lüftungselementes sind Temperatursensoren
zur Messung der Lufttemperaturänderungen beim Durchströmen angebracht. Die Raumlufttemperatur wird mit einem strahlungsgeschützten
Messkopf in der Raummitte ca. 90cm über dem Boden erfasst. Die Ablufttemperaturen werden mit einem Sensor im Tellerventil gemessen.
Für die Messung der Umgebungstemperatur ist auf der Nordseite der
BTGA-Box, ca. 25cm von der Fassadenoberfläche entfernt, ein strahlungsgeschützter Außensensor installiert. Die Messdaten werden zentral
in einem Logger vom Typ Squirrel 2020 im Abstand von 5 Sekunden
erfasst und auf Minutenwerte gemittelt gespeichert. Durch die o.g. Sensorik waren alle am Logger verfügbaren Messkanäle belegt, so dass es
nicht möglich war zusätzlich die Fassadenoberflächentemperatur an der
Süd-Fassade zu messen.
Das Wettergeschehen wurde mit einer Wetterstation auf dem Dach
eines 4-stöckigen Nachbargebäudes erfasst.
Seite 88 von 161
b+tga
5.3 Anlagensteuerung
Im Gegensatz zu den Feldmessungen können die Betriebsparameter
der technischen Anlagen in der BTGA-Box frei variiert werden. Die
Steuerung der Lüftungsanlage und der elektrisch kippbaren Fenster
erfolgt über den auch zur Speicherung von Messdaten eingesetzten
Logger vom Typ Squirrel 2020. Die zur Simulation interner Wärmequellen installierten 60W-Glühbirnen werden über eine, in Abhängigkeit
des Wochentages programmierbare, Funk-Zeitschaltuhr gesteuert.
Die Betriebsweisen der technischen Anlagen sind im Folgenden
erläutert:
Lüftungsanlage:
Basierend auf den Anforderungen an die Lüftungsanlagensteuerungen
realer Bürogebäude wurde ein energieeffizientes Steuerungsprofil entwickelt:
Während der für die Nachtlüftung vorgesehenen Zeit (täglich zwischen
18:00 und 8:00Uhr des folgenden Tages) wurde permanent geprüft, ob
der Nachtlüftungsbetrieb mit 3,4-fachem stündlichen Luftwechsel ( = 147
m³/h) energetisch sinnvoll ist. Sank die Temperaturdifferenz zwischen
der Raumluft und der Umgebung1) (gemessen 25cm vor der Nordfassade) unter 2K, wurde die Lüftungsanlage abgeschaltet. Bei so geringeren Temperaturdifferenzen ist der Energieaufwand für den Betrieb des
Abluftventilators gemessen an der zu erwartenden Kühlwirkung zu hoch.
Außerdem wurde die Nachtlüftung bei Unterschreitung einer Raummindesttemperatur von 20°C abgeschaltet. Tiefere Temperaturen
würden Nutzern am nächsten Morgen als unangenehm kalt empfinden.
Während der angenommenen Arbeitszeit (8:00 bis 18:00Uhr) erzeugte
die Abluftanlage einen 0,9-fachen stündlichen Luftwechsel ( = 40m³/h)
zur Sicherung der Raumluftqualität.
Steuerung:
1)
Energetisch günstiger wäre
es, die Ansaugtemperatur
statt der Umgebungstemperatur als Bezugsgröße zu
verwenden. Weil die dafür
erforderliche Einzelraumregelung sehr aufwendig und damit in Bürogebäuden unüblich
ist, wurde auch bei den vorliegenden Untersuchungen
die Umgebungstemperatur
als Referenztemperatur gewählt.
Logger (Squirrel 2020)
Betriebsweise:
Tagbetrieb:
täglich zwischen 8:00 und 18:00Uhr,
Volumenstrom: kontinuierlich ca. 40m³/h.
Nachtbetrieb: täglich zwischen 18:00 und 8:00Uhr,
Kühlbetrieb: wird aktiviert, wenn die Raumtemperatur für mindestens 10 Minuten über 22°C lag und die Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur
größer als 3K ist.
Volumenstrom: ca. 147 m³/h
Stillstand:
wird ausgelöst, wenn die Raumtemperatur für mindestens 10 Minuten unter 20°C liegt oder die Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur unter
2K sinkt.
Seite 89 von 161
b+tga
Kipp-Fenster
Es wurde ein Nutzerverhalten in stilisierter Form nachgebildet. Dabei
wurde angenommen, dass die Nutzer zu Beginn der Arbeitszeit und in
der Mittagspause die Fenster öffnen. Die Fenster wurden gekippt, weil
sich nur diese Öffnungsart automatisieren ließ. Abgesehen davon hätte
ein unbeobachtetes Aufschwenken das Einbruchsrisiko stark erhöht.
Eine Unterscheidung zwischen Arbeitstagen und Wochenende war mit
der Loggersteuerung nicht möglich.
Steuerung:
Logger (Squirrel 2020)
Betriebsweise: täglich: 8:00 bis 8:30Uhr:
Kippstellung
täglich: 12:00 bis 13:00Uhr: Kippstellung
Restliche Zeit:
geschlossen
Abb. 199: die Seiten-Fenster
lassen sich elektrisch kippen.
Simulierte interne Wärmequellen
Zur Simulation interner Wärmequellen waren 4 60W-Glühbirnen im
Messraum verteilt. Sie erzeugten wochentags in Anlehnung an DIN
4108-2 [29] einen Wärmeeintrag von 144 Wh/(m² d). Weil angenommen
wurde, dass das simulierte Büro nur in der Woche genutzt wird, waren
die Lampen an den Wochenenden ganztägig abgeschaltet.
Steuerung:
Funk-Zeitschaltuhr (Brennenstuhl HBT 100 F)
Betriebsweise: Montag bis Freitag: 8:00 bis 17:00Uhr eingeschaltet.
Samstag & Sonntag: kontinuierlich ausgeschaltet.
Abb. 200: eine von 4 60WGlühbirnen zur Simulation innerer Wärmequellen im Messraum.
Heizung
Nach Problemen mit der Regelung über den eingebauten Thermostaten
im Sommer 2008 wurde die Steuerung im August 2008 auf den Squirrel
2020 Datenlogger transferiert. Unabhängig von der Ansteuerung durch
den Logger stand die Heizung ab da nur in länger andauernden kalten
Witterungsphasen zur Verfügung.
Steuerung:
manuelles Ein- und Ausschalten am Heizkörper
Regelung per Logger (Squirrel 2020)
Betriebsweise: Die Heizung wurde manuell am Gerät eingeschaltet,
wenn ohne Heizung dauerhaft Raumtemperaturen unter
20°C zu erwarten waren. Dann erfolgte die Steuerung
durch den Logger folgendermaßen:
Aktivierung: Raumtemperatur < 19,5°C für 1 Min
Abschaltung: Raumtemperatur > 20,5°C für 1 Min
Heizleistung: etwa 600W
Abb. 201: ein elektrischer Heizkörper verhindert bei kalter
Witterung ein zu starkes Auskühlen der thermischen Speicher.
Seite 90 von 161
b+tga
5.4 Mess-Konfigurationen
Mit Hilfe des Messraums wurden unterschiedliche Lüftungs- und Fassadenkonfigurationen untersucht. Die Untersuchungen dauerten
witterungsabhängig jeweils zwischen 4 und 8 Wochen an. Es wurden
dabei folgende Aspekte untersucht:
- Position der Zuluftöffnung
- Einfluss der Fassadenfarbe
- Wirksamkeit von PCM-Elementen für die Zuluftkühlung
Es wurden Messungen in folgenden Konfigurationen durchgeführt:
1)
Phase-Change-Material
(PCM): Phasenwechselmaterialien binden thermische Energie in definierten
Temperaturbereichen durch
einen Phasenübergang
(meist fest nach flüssig). Die
dabei latent, d.h. ohne fühlbare Materialerwärmung,
absorbierte Schmelzenergie
übersteigt die spezifische
Wärmekapazität um ein vielfaches. Bei der Abkühlung
des Materials unter die
Kristallisationstemperatur
wird die latent gespeicherte
Wärme wieder freigesetzt.
Dieser Phasenwechselzyklus
kann sehr häufig wiederholt
werden.
Oberes Lüftungsgerät
Diese Messung lieferte Daten für den Vergleich zwischen der Außenluftzuführung durch das obere und das untere Lüftungselement.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
Fassadenfarbe:
durch oberes Lüftungselement
n.v.
grau – RAL 9006, Reflexionsgrad: 52%
(Originalfarbe der Vakuum-Isolier-Paneele)
Deckenventilator: n.v.
Besonderheit:
Lüftungselement ist, je nach Sonnenstand, durch den
Jalousiekasten verschattet.
Abb. 202: Fassadenkonfiguration während der Messung am
oberen Lüftungselement.
Abb. 203: Pyranometer und Profil-Sensor bei der Messung
am oberen Lüftungselement.
Seite 91 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät
Daten dieser Messung dienten sowohl dem Vergleich der Zuluftführung
durch das obere Lüftungselement als auch als Referenz für die nachfolgenden Varianten.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
Fassadenfarbe:
durch unteres Lüftungselement
n.v.
grau – RAL 9006, Reflexionsgrad: 52%
Besonderheit:
Unteres Lüftungsgerät + PCM / + leere PCM-Box
Während dieser Messkampagne wurde die Wirksamkeit von PCM-Platten zur Kühlung der Zuluft untersucht. Dazu war, bei ansonsten unveränderter Raum- und Fassadenkonfiguration, die PCM-Box an das untere
Lüftungselement angeschlossen. Durch Abdichten der Nahtstellen zwischen PCM-Box und Zuluftelement war sichergestellt, dass der gesamte
Zuluftstrom die PCM-Box vor Eintritt in den Raum passierte.
Mit dieser Zuluftkonfiguration wurden 2 Messungen durchgeführt:
1. Unteres Lüftungsgerät + PCM
Hier wurde die Kühlwirkung der mit PCM-Platten ausgerüsteten
PCM-Box untersucht. Dazu war die PCM-Box mit 15 PCM-Platten vom Typ Dörken DELTA-COOL24 ausgerüstet. Die Platten
wiesen einen Achsabstand von 2cm auf, so dass der lichte Abstand der 0,9cm dicken Platten 1,1cm betrug.
2. Unteres Lüftungsgerät + leere PCM-Box
Zur Bestimmung der effektiven Kühlwirkung der PCM-Platten
wurde im Anschluss die Wirkung der leeren PCM-Box auf die
Zulufttemperaturen untersucht. Dazu wurden alle PCM-Platten
aus der PCM-Box entfernt, der Messaufbau aber ansonsten unverändert gelassen.
Abb. 204: PCM-Box, ausgerüstet mit 15 PCM-Platten.
Anders als bei der Messung an dem Praxisraum im TRI-Haus, bei dem
das Kühlsystem auf Grund mangelnder Durchströmung der „Kühleinrichtung“ versagte (vgl. TRI-Haus im Abs. 4.6), war im Messraum die
Anströmung der PCM-Platten sichergestellt.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
PCM-Box, 15 PCM-Platten
Wärmekapazität: 165kJ/Platte
Schmelzbereich: 22 – 28°C
Fassadenfarbe: grau – RAL 9006, Reflexionsgrad: 52%
Besonderheit:
Abb. 205: leere PCM-Box
während einer Vergleichsmessung.
Seite 92 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten
Zur Ermittlung des Einflusses der Fassadenfarbe wurden die VakuumDämm-Panele im Brüstungsbereich mit schwarzen Faserzementplatten
hinterlüftet abgedeckt.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
Fassadenfarbe:
n.v.
schwarz – RAL 7024, Reflexionsgrad: 8%
(schwarze Faserzementplatte)
Besonderheit:
Abb. 206: BTGA-Box mit
schwarzen Faserzementplatten
im Brüstungsbereich.
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten + PCM
Aufbauend auf der Untersuchung „Unteres Lüftungselement + PCM“
sollte das Kühlsystem hier durch die sich stark erwärmenden schwarzen
Faserzementplatten höher beansprucht bzw. seine Grenzen ausgelotet
werden.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
Fassadenfarbe:
schwarz – RAL 7024, Reflexionsgrad: 8%
(schwarze Faserzementplatte)
Besonderheit:
durch die dunkle Fassadenverkleidung sollte das
Kühlsystem an seine Leistungsgrenze geführt
werden.
Unteres Lüftungsgerät + weiße Faserzementplatten
Zur besseren Einordnung des Einflusses der Fassadenfarbe wurden für
diese Untersuchung die schwarzen Faserzementplatten gegen weiße
ausgetauscht.
Zuluftführung:
PCM-Einsatz:
Fassadenfarbe:
n.v.
weiß – RAL 9003, Reflexionsgrad: 85%
(weiße Faserzementplatte)
Deckenventilator: in Betrieb
Besonderheit:
es gab 2 Messreihen,
Abb. 207: BTGA-Box mit
weißen Faserzementplatten im
Brüstungsbereich.
Seite 93 von 161
b+tga
5.5 Typologie der Messkonfigurationen
Im Folgenden sind die Raumkonfigurationen für die Untersuchungen am
Messraum tabellarisch zusammengestellt.
Tab. 3: Tabellarische Zusammenstellung der Versuchsraum-Konfigurationen
Messzeitraum
von
bis
Dauer (Tage)
oberes
Lüftungselement
Unteres
Lüftungselement
18.06.2008
07.07.2008
19
30.07.2008
27.08.2008
28
Unteres
Lüftungselement +
schwarze
Faserzementplatten
21.04.2009
01.07.2009
71
Unteres
Lüftungselement +
weiße
Faserzementplatten
Unteres
Lüftungselement +
PCM
09.09.2009
13.11.2009
65
11.07.2008
30.07.2008
19
unteres
Lüftungselement
unteres
Lüftungselement
Unteres
Lüftungselement +
leere PCM-Box
30.07.2008
27.08.2008
28
Unteres
Lüftungselement +
schwarze
Faserzementplatten +
PCM
Unteres
Lüftungselement +
schwarze
Faserzementplatten +
leere PCM-Box
01.07.2009
08.09.2009
69
27.08.2008
24.09.2008
28
Lüftung
Zuluft
oberes
Lüftungselement
Abluft
Zuluftkühlung
PCM-Box
Besonderheiten
unteres
unteres
Lüftungselement
Lüftungselement
Tellerventil auf Raumrückseiten
unteres
unteres
Lüftungselement
Lüftungselement
Tellerventil auf Raumrückseiten
---
---
---
---
15x DeltaCOOL 24
leer
---
---
---
---
---
---
---
---
---
RAL 9006
52%
weiße
Faserzementplatte
RAL 9003
85%
---
RAL 9006
52%
schwarze
Faserzementplatte
RAL 7024
8%
RAL 9006
52%
---
---
x
x
---
unteres
Lüftungselement
15x DeltaCOOL 24
Aluminium-FolienBespannung der
Acrylglas Abdeckung
leer
Aluminium-FolienBespannung der
Acrylglas Abdeckung
RAL 9006
52%
schwarze
Faserzementplatte
RAL 7024
8%
schwarze
Faserzementplatte
RAL 7024
8%
---
x
---
Fassade
Fassadenverkleidung
Fassadenfarbe
Reflexionsgrad
Raum
Fensterbank
5.6 Messungen und Analysen
Im Folgenden werden zuerst die Messkampagnen ohne PCM-Box und
anschließend mit PCM-Box kurz vorgestellt und die Messer¬gebnisse in
grafischer Form präsentiert. Die gezeigten Diagramme basieren auf
Stundenmittelwerten, wobei, der ausgewiesene Wert das Mittel der
zurückliegenden Stunde repräsentiert.
Abschließend erfolgt eine Analyse zu den Einflüssen aus
- Lage des Lüftungselementes
- Fassadenhelligkeit
- Kühleffekte von PCM-Platten im Zuluftstrom
Diagramm-Erläuterungen
Nomenklatur der Temperatursensorik in den Auswerte-Grafiken:
Wetterstation: Wetterstation auf dem Dach eines
Nachbargebäudes
Grenzschicht: Lufttemperatur 4cm vor der Fassadenoberfläche in
der Nähe der Luftansaugung.
Frischluft:
Temperatur der angesaugten Luft unmittelbar
nach Eintritt in das Lüftungselement.
Zuluft:
Temperatur der Zuluft am raumseitigen Auslass
des Lüftungselementes.
Abluft:
Temperatur der Abluft im Tellerventil.
Seite 94 von 161
b+tga
Diagramm-Erläuterungen für die Messungen ohne PCM-Box:
Witterung:
Der zeitliche Temperatur- und Strahlungsverlauf des gesamten
Messzeitraums (1. Diagramm) gibt einen Eindruck der Witterung
im Untersuchungszeitraum. Detaillierte Verläufe relevanter Messgrößen sind der nachgestellten Ausschnittsvergrößerung zu entnehmen (2. Diagramm). Zur Bewertung der Witterung während
der Untersuchung sind die Summenhäufigkeiten der täglich eingestrahlten Solarenergie und der Tageshöchst-Lufttemperatur an
der Wetterstation dargestellt (3. und 4. Diagramm).
Umgebungstemperatur-Einflüsse:
Die beiden folgenden Diagramme (5. und 6. Diagramm) zeigen
Korrelationen zwischen äußeren und inneren Lufttemperaturen.
Es sind – getrennt nach Tag- und Nachtlüftung – die unmittelbar
am Einlass des Lüftungselements gemessenen Temperaturen
(Frischluft) sowie die Zu- und Ablufttemperaturen in Abhängigkeit
der Lufttemperaturen an der Wetterstation aufgetragen.
Diese Darstellung gibt die Einflüsse solarer Strahlung nur unzureichend wieder. Weil diese jedoch die Ausbildung mikroklimatischer Unterschiede stark fördert, sind die in den folgenden
Diagrammen dargestellten Temperaturdifferenzen stets auf die
Gesamtstrahlung an der Fassade bezogen.
Windeinflüsse:
Das 7. Diagramm zeigt Windeinflüsse auf die Temperaturen im
Einlassbereich des Zuluftelementes (Frischlufttemperatur). Es ist
die Temperaturdifferenz dieser Messstelle zur Umgebung (gemessen an Wetterstation) in Abhängigkeit der solaren Einstrahlung dargestellt. Windeinflüsse sind durch die Einteilung der
Messwerte an Hand der zugehörigen Windgeschwindigkeiten in
3 Klassen (0 bis 2m/s, 2 bis 4m/s, über 4m/s) erkennbar.
Lüftungselement-Einflüsse:
die beiden nachfolgenden, nebeneinander platzierten Grafiken
(8. und 9. Diagramm) zeigen die thermische Beeinflussung der
Zuluft im Lüftungselement und die dafür ursächliche Temperaturdifferenz zur Raumluft. Im linken sind die Temperaturdifferenzen
zwischen Ein- und Auslass des Zuluftelementes in Abhängigkeit
der solaren Einstrahlung an der Fassade dargestellt. Das rechte
Diagramm zeigt die Temperaturdifferenzen von Zu- und Raumluft. Unter Berücksichtigung der bauartbedingt guten Wärmeleiteigenschaften des Lüftungselementes und dessen guter Ankoppelung an die Raumtemperatur1) (vgl. Abs. 5.1), ist diese Temperaturdifferenz ursächlich für die Wärmeströme zwischen dem
Raum und der Luft im Lüftungselement.
Lufttemp. an Nordseite
Windgeschwindigkeit
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
Solarstr.
[W/m²]
Austrittstemp. PCM-Box
Abluftgeschwindigkeit
1000
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
24.7.08
25.7.08
26.7.08
0
28.7.08
27.7.08
Datum
Ausschnittsvergrößerung aus
zeitlichem Witterungsverlauf.
40
35
30
25
20
15
Frischluft bei Taglüftung
10
Zuluft bei Taglüftung
5
Abluft bei Taglüftung
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Messwerte auf der Diagonalen
entsprechen den Umgebungstemperaturen, Messwerte oberhalb der Diagonalen zeigen
wärmere, Messwerte unterhalb
kühlere Temperaturen.
TFrischluft - TNordseite [K]
16
14
R2 = 0,8787
12
R2 = 0,8638
10
R2 = 0,9096
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Gesamtstrahlung auf Süd-Fassade [W/m²]
dargestellt sind die Messwerte
und die Regressionsgeraden,
zugehörige Windgeschwindigkeiten sind durch Farben kenntlich gemacht.
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,6223
0
100
200
300
400
500
600
700
800
dargestellt sind die Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit der
solaren Einstrahlung und die
Regressionsgerade.
1)
Thermische Energie aus dem
Raum wird sowohl konvektiv
aus der Raumluft als auch
über Wärmestrahlung von
den Raumumschließungsflächen an das Lüftungselement übertragen.
Seite 95 von 161
b+tga
Abb. 212: Thermographie-Bild des unteren Lüftungselements an einem strahlungsreichen Tag. Es zeigt sich ein
Temperaturgefälle im Verlauf des durchströmten Blechkanals: Die warme Frischluft wird links in den Kanal eingeleitet und strömt darin etwa 1,50m zum Auslass auf der
rechten Gehäuseseite. Dabei kühlt sie um etwa 3K ab.
Abb. 213: Foto der in der Infrarot-Aufnahme dargestellten
Situation.
Kumulation der Einflüsse:
Die Temperaturdifferenz zwischen der Zuluft am Messraum und
der Umgebungsluft an der Wetterstation spiegelt die Summe der
Einflüsse aus dem Mikroklima, der Fassadengestaltung und dem
Lüftungselement wieder (Diagramm 10). Ergeben sich hier große
Temperaturunterschiede, so sind bei der Simulation der Raumtemperaturen bzw. bei der Auslegung einer Raumkühlung entsprechende Temperaturaufschläge der Zuluft gegenüber der
Umgebungsluft zu berücksichtigen.
Temperaturdifferenz
14
12
10
R2 = 0,6179
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Diagramm-Erläuterungen für die Messungen mit PCM-Box:
Hier wird weitgehend die gleiche Diagramm-Struktur verwendet. Abweichungen treten bei der Ausschnittsvergrößerung (2. Diagramm) und bei
der Darstellung der Windeinflüsse (7. Diagramm) auf:
Ausschnittsvergrößerung:
Die Ausschnittsvergrößerung wird um ein weiteres Diagramm
ergänzt, das für den gleichen Zeitraum relevante Messgrößen
der PCM-Kühlung zeigt.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
ΔT über PCM-Box
Eintrittstemp. PCM-Box
Solarstr.
[W/m²]
1100
35
1000
30
900
25
800
20
700
15
600
10
500
5
400
0
300
-5
200
-10
-15
24.7.08
100
25.7.08
26.7.08
27.7.08
0
28.7.08
Datum
PCM-Kühlung / Windeinflüsse:
Das Diagramm zu den Windeinflüssen entfällt, weil bei den PCMMessungen die gleichen Fassadenkonfigurationen verwendet
wurden, wie sie schon bei den Messungen ohne PCM beschrieben wurden und dementsprechend durch die erneute Darstellung
keine neuen Erkenntnisse gewonnen werden können.
Stattdessen werden an dieser Stelle 2 Diagramme zur Untersuchung der Wirksamkeit von PCMs im Zuluftstrom gezeigt. Das
linke Diagramm stellt die Austrittstemperaturen der PCM-Box in
Seite 96 von 161
b+tga
Abhängigkeit der Eintrittstemperaturen dar. Weil Austrittstemperaturen unter 26°C1) wünschenswert sind, ist diese Temperatur
zur Orientierung als Grenztemperatur eingezeichnet. Im rechten
Diagramm sind die Kühlleistungen bezogen auf die Eintrittstemperaturen aufgetragen.
AustrittsLufttemp [°C]
Gesamt-Kühlleistung
der PCM-Box [Wh/h]
35
300
1)
Laut Arbeitsstätten-Richtlinie
6 „soll“ die Temperatur in
Arbeitsräumen 26°C nicht
übersteigen.
Kühlleistung bei Taglüftung
Kühlleistung bei Nachtlüftung
250
30
200
25
150
100
20
50
15
0
10
-50
Austrittstemp. PCM-Box bei Taglüftung
Austrittstemp. PCM-Box bei Nachtlüftung
Grenztemperatur (26 °C)
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Eintritts-Lufttemperatur [°C]
Abb. 216: Beispiel-Diagramm: Austrittstemperaturen an
der PCM-Box in Relation zu den Eintrittstemperaturen.
-100
-150
-200
10
15
20
25
Luft-Eintrittstemperatur in PCM-Box [°C]
30
35
Abb. 217: Beispiel-Diagramm: Kühlleistung der PCMBox in Relation zu den Eintrittstemperaturen.
Seite 97 von 161
b+tga
Oberes Lüftungsgerät
Vom 18.06.2008 bis zum 07.07.2008 wurde untersucht, welchen Einfluss die Luftführung durch das obere Lüftungselement hat.
TUmgebung [°C]
Lufttemperatur an Nordseite der BTGA-Box
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
18.6.08
0
20.6.08
22.6.08
24.6.08
26.6.08
28.6.08
30.6.08
2.7.08
4.7.08
6.7.08
8.7.08
Datum
Abb. 218: zeitlicher Verlauf der Lufttemperaturen und Globalstrahlung im Messzeitraum.
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
40
1000
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
29.6.08
30.6.08
1.7.08
0
3.7.08
2.7.08
Datum
Abb. 219: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase: Bei starker solarer Einstrahlung und
Windgeschwindigkeiten zwischen 2 und 2,5m/s stellt sich an der Nordseite der BTGA-Box ein etwa 3,5K wärmeres Temperaturniveau ein als an der Wetterstation.
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
Abb. 220: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: An 75% der Tage überschritt der
solare Energieeintrag 4kWh/(m² d).
10
15
20
25
30
35
Abb. 221: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: An nur 15% der Messtage traten an der
Wetterstation Tageshöchsttemperaturen über 25°C auf.
Seite 98 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
Frischluft bei Nachtlüftung
10
Zuluft bei Nachtlüftung
5
0
Abluft bei Nachtlüftung
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 222: Lufttemperaturen am Messraum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: Während der Taglüftungsphase liegen die Frischlufttemperaturen bei sommerlichen Umgebungstemperaturen (TWetterstation > 25°C) zwischen 2,5 und
4,5K über den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Die Zulufttemperaturen sind tendenziell etwas niedriger. Während der
Nachtlüftung ist die Frischluft ca. 1K wärmer und die Zuluft 2 bis 3K wärmer als die Luft an der Wetterstation.
16
14
12
10
8
6
4
R2 = 0,2663
R2 = 0,2278
R2 = 0,0009
2
0
-2
-4
-6
0
100
Abb. 223: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen: auch hohe solare
Strahlungsintensitäten führen zu
einer sehr geringen Zunahme der
Frischlufttemperaturen von weniger
200
300
400
500
600
700
800 als 1K. Windeinflüsse sind auf
Grund der geringen StrahlungsGesamtstrahlung auf Süd-Fassade [W/m²]
einflüsse nicht zu erkennen.
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,2305
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 224: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des oberen Lüftungselementes: Die Solarstrahlung hat
auch hier nur einen kleinen Einfluss. Ursache hierfür ist die
geringe Erwärmung der angesaugten Luft an der Fassade
(vgl. Abb. 223). Der daraus resultierende geringe Unterschied zwischen Frischluft- und Raumtemperatur führt zu
kleinen Wärmeströmen in das bzw. aus dem Lüftungselement.
R2 = 0,3378
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Bei geringer solarer Einstrahlung liegen die Zulufttemperaturen im Mittel 4K unter den Raumtemperaturen. Mit steigender solarer Einstrahlung nähern sich die Zulufttemperaturen den Raumtemperaturen an und überschreiten
diese ab 430W/m² leicht. Die Streuung der Messwerte
resultiert aus den unterschiedlichen Umgebungstemperaturen bei denen eine bestimmte Einstrahlung auftritt.
Seite 99 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
R2 = 0,1592
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: Die Zulufttemperaturen sind, abhängig
von der Solarstrahlungsintensität,
zwischen 3 und 5K höher als die
Lufttemperaturen an der Wetterstation. Die Solarstrahlungsein800 flüsse sind bei der Luftansaugung
durch das obere Lüftungselement
vergleichsweise gering ausgeprägt.
Witterung
Wie Abb. 220 zeigt, traten im Messzeitraum häufig sehr hohe
solare Wärmeeinträge auf. Die Umgebungslufttemperaturen
stiegen jedoch nur an 3 Messtagen ( = 15% des Messzeitraums)
über 25°C und nur an einem ( = 5% des Messzeitraums) über
30°C.
Mikroklima
Bei Globalstrahlungsintensitäten zwischen 850 und 900W/m² und
Windgeschwindigkeiten um 2m/s erwärmt sich die Luft im Bereich der BTGA-Box 3 bis 4K stärker als die an der Wetterstation
(vgl. Abb. 219). Nachts bleibt es im Umfeld der BTGA-Box
gegenüber der Wetterstation 1 bis 1,5K wärmer.
Ursache für die stärkere Aufheizung am Tage ist die windgeschützte Lage und die starke Absorption solarer Strahlung in der
unmittelbaren Umgebung an Autos, Bodenpflasterung und
Gebäuden.
Nachts führen die Windgeschützte Lage und die deutlich größeren thermischen Speichermassen zu den leicht höheren Umgebungstemperaturen an der BTGA-Box. In klaren Nächten (z.B.
die Nacht zwischen dem 1.7.2008 und 2.7.2008) verstärkt sich
dieser Temperaturunterschied noch: Dann strahlt vom Warmdach, auf dem die Wetterstation steht, die wenige vorhandene
Wärme sehr schnell zum Himmel ab. In Folge dessen kühlt der
Dachbereich, insbesondere bei geringen Windgeschwindigkeiten,
stark aus. Das Umfeld der BTGA-Box hingegen weist viele vertikale Wände auf, die vergleichsweise wenig Wärme zum Himmel
abstrahlen, ihre Wärme aber konvektiv an die Umgebungsluft
übertragen.
Fassadengrenzschicht
Seite 100 von 161
b+tga
Die Temperatur der über dem zentralen Fenster im Verschattungsbereich des Jalousiekastens angesaugten Luft wird von der
solaren Einstrahlung an der Fassade nur in sehr geringem Maße
beeinflusst: eine Gesamtstrahlung an der Fassade von 600W/m²
führt gegenüber der Temperatur an der Nord-Seite der BTGABox lediglich zu einer mittleren Temperaturerhöhung von 1,8K
(vgl. Abb. 223).
Weil Wind nur strahlungsbedingte Temperaturänderungen (tagsüber Erwärmung, nachts Abkühlung) beeinflussen kann, sind die
Windeinflüsse ebenfalls sehr gering.
Fassadendurchtritt
Beim Durchströmen des Lüftungselementes ändert sich die Lufttemperatur nur wenig (vgl. Abb. 224). Bei geringer solarer Einstrahlung und kalter Witterung wird die Luft im Lüftungselement
um 1,5K erwärmt. Mit zunehmender Einstrahlung an der Fassade
schwächt sich dieser Heizeffekt ab, bis sich ab etwa 480W/m² ein
leichter Kühleffekt ausbildet.
Ursache für die Temperaturveränderungen ist der Wärmeaustausch zwischen der Luft im Lüftungselement und dem Messbüro
(vgl. Korrelation der Heiz- und Kühleffekte in Abb. 224 mit den
Temperaturdifferenzen zwischen Zu- und Raumluft in Abb. 225).
Ist die Raumtemperatur höher als die Ansaugtemperatur kommt
es im Lüftungselement zu einer Erwärmung; ist sie niedriger zu
einer Kühlung der Zuluft. Begünstigt wird diese „Vortemperierung“ im Lüftungselement durch dessen Bauweise (vgl. 5.1). Weil
im Messzeitraum die Temperaturunterschiede zwischen der
Frischluft und dem Messraum gering waren, traten vergleichsweise geringe Wärmeströme am Lüftungselement auf.
Während der Messung lag die Zulufttemperatur im Mittel 3K (bei
geringer Solarstrahlung) bis 5K (bei starker Solarstrahlung) über
den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Dabei setzte sich der
Temperaturanstieg bei geringer Einstrahlung aus mikroklimatischen Effekten (+1K) und der Vorwärmung im Lüftungselement
(+2K) zusammen. Bei starker solarer Einstrahlung bewirkte das
wärmere Mikroklima (+3K) und die Erwärmung der Luft an der
besonnten Fassade (+2K) den Temperaturanstieg. Der Einfluss
der Solarstrahlung auf die Zulufttemperaturen ist somit bei der
Luftführung durch das obere Lüftungselement sehr gering.
Die Streuung der Messwerte resultiert aus der Überlagerung von
Außentemperaturschwankungen, Vortemperierung im Lüftungselement sowie Wind- und Mikroklimaeinflüssen.
Seite 101 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät
In der Zeit vom 30.07.2008 bis zum 27.08.2008 wurde die Luftführung
durch das untere Lüftungselement untersucht.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
0
30.7.08
2.8.08
5.8.08
8.8.08
11.8.08
14.8.08
17.8.08
20.8.08
23.8.08
26.8.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
40
1000
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
4.8.08
5.8.08
6.8.08
0
8.8.08
7.8.08
Datum
Abb. 228: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase. Bei Globalstrahlungsleistungen um
800W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1,5m/s und 2,5m/s stellt sich an der Nordseite der BTGA-Box ein etwa 2K
bis 3K höheres Temperaturniveau ein als an der Wetterstation. Höhere Windgeschwindigkeiten führen dabei zu einem tendenziell größeren Temperaturunterschied.
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
Abb. 229: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie. An 48% der Tage überschritt der
10
15
20
25
30
35
Abb. 230: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen. An nur 17% der Messtage traten an der
Seite 102 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
10
5
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 231: Lufttemperaturen am Messraum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: Während der Taglüftungsphasen sind die Frischlufttemperaturen bei sommerlichen Umgebungstemperaturen (TWetterstation > 25°C) in Folge solarer
Strahlungseinflüsse bis zu 14K höher als die Lufttemperaturen an der Wetterstation. Die Zuluft weist dann gegenüber der
Wetterstation eine 4K bis 10K höhere Temperatur auf. Während der Nachtlüftungsphasen sinkt der Temperaturunterschied
auf 1,5K bis 2K.
16
14
12
Abb. 232: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen: Es ist eine deutliche
R = 0,8636
R = 0,8598
R = 0,9235
Luft erkennbar. Während bei geringer Einstrahlung die Ansaugtemperaturen etwa auf dem Niveau
der Umgebung liegen, erhöhen sie
sich mit steigender StrahlungsWindgeschw.: 0,0 m/s ≤ v < 2,0 m/s
intensität auf bis zu 10K.
Hohe Windgeschwindigkeiten
(vWind > 4m/s, gemessen an der
200
300
400
500
600
700
800 Wetterstation) reduzieren die Aufheizung der Frischluft um maximal
1K.
2
10
2
2
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,5527
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 233: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des unteren Lüftungselementes: Es zeigt sich hier eine
deutlich stärkere Beeinflussung als am oberen Lüftungselement. Bei geringer Einstrahlung wird die Luft im Mittel
wieder um 2K erwärmt, mit zunehmender Strahlungsintensität reduziert sich der „Heizeffekt“ jedoch deutlich stärker.
Ab einer solaren Einstrahlung von 310W/m² wird die Luft
gekühlt. Bei einer Strahlungsintensität von 650W/m² führt
der durch Wärmeabgabe an den kühleren Raum verursachte Kühleffekt zu einer Temperaturreduktion von etwa 3K.
R2 = 0,5274
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Bei geringer solarer Einstrahlung an der Fassade ist die
Zuluft, wie beim Einsatz des oberen Lüftungselementes,
etwa 4K kälter als die Raumluft. Mit zunehmender solarer
Einstrahlung reduziert sich diese Temperaturdifferenz. Ab
einer Strahlungsintensität von 300W/m² ist die Zuluft wärmer
als die Raumluft, bei 650W/m² beträgt der Temperaturunterschied im Mittel 4,5K.
Seite 103 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
R2 = 0,6179
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber Umgebungsluft
an der Wetterstation: Die Zulufttemperaturen liegen, abhängig von
der Solarstrahlungsintensität
zwischen 3K und 9,5K über den
Lufttemperaturen an der Wetterstation. Der Solarstrahlungseinfluss
800 ist somit am unteren Lüftungselement deutlich größer als am
oberen.
Witterung
Wie Abb. 229 zeigt, traten im Messzeitraum oft hohe solare
Wärmeeinträge auf. Die Lufttemperaturen an der Wetterstation
stiegen jedoch nur an 5 Messtagen ( = 17% des Messzeitraums)
über 25°C und blieben stets unter 30°C.
Mikroklima
Bei Globalstrahlungsintensitäten um 800W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1,8 und 2,5m/s ist die Lufttemperatur
im Bereich der BTGA-Box etwa 2K höher als an der Wetterstation (vgl. Abb. 228). Nachts bleibt es im Umfeld der BTGA-Box
gegenüber der Wetterstation 1 bis 1,5K wärmer.
Die gegenüber der Messung am oberen Lüftungselement um 2K
geringere Erwärmung des Mikroklimas an der BTGA-Box ist auf
die stärke Auskühlung der thermischen Speichermassen in der
Nacht und die 50 bis 100W/m² geringere Solarstrahlungsleistung
am Tage zurückzuführen.
Nachts stellten sich bei beiden Messungen ähnliche Temperaturunterschiede ein.
Die Temperatur der oberhalb der Brüstung, durch das besonnte
Lüftungselement, angesaugten Luft wird von solarer Einstrahlung
stark beeinflusst: eine Gesamtstrahlung an der Fassade von
650W/m² führt gegenüber der Temperatur an der Nord-Seite der
BTGA-Box zu einer mittleren Temperaturerhöhung von bis zu
10K (vgl. Abb. 232). Ursache dafür ist die Erwärmung der angesaugten Luft an der erhitzen Fassadenoberfläche und die Aufheizung des Lüftungselementes durch direkte Sonneneinstrahlung.
Die Aufheizung wird durch Windeinflüsse kaum reduziert. Sogar
hohe Windgeschwindigkeiten von über 4m/s (gemessen an der
Wetterstation) reduzieren die Aufheizung im Mittel um maximal
1K. Ursache für die geringen Windeinflüsse ist die windgeschützSeite 104 von 161
b+tga
te Lage der BTGA-Box (vgl. hierzu auch Messung „Unteres Lüftungsgerät + PCM“) und die weitgehend windunabhängige Erwärmung im äußeren Teil des besonnten Lüftungselementes.
Fassadendurchtritt
Beim Durchströmen des Lüftungselementes ändert sich die Lufttemperatur nur wenig (vgl. Abb. 233). Bei geringer solarer Einstrahlung und kalter Witterung wird die Luft im unteren (wie im
oberen) Lüftungselement um 2K erwärmt. Mit zunehmender Einstrahlung an der Fassade schwächt sich dieser Heizeffekt ab, bis
sich ab etwa 310W/m² ein Kühleffekt ausbildet. Dieser führt bei
einer Solarstrahlungsintensität von 650W/m² zu einer
Temperaturreduktion von 2K. Ursache für die thermische Beeinflussung ist das Temperaturgefälle zwischen Raum und Zuluft.
(Details: s. Messung am oberen Lüftungselement)
Tagsüber lag die Zulufttemperatur im Mittel 3K (bei geringer
Solarstrahlung) bis 9,5K (bei starker Solarstrahlung) über den
Lufttemperaturen an der Wetterstation. Dabei setzte sich der
Temperaturanstieg bei geringer Einstrahlung aus mikroklimatischen Effekten (+1K) und der Vorwärmung im Lüftungselement
(+2K) zusammen. Bei starker solarer Einstrahlung bewirkte das
wärmere Mikroklima (+2K) und die Erwärmung der Luft an der
besonnten Fassade und im besonnten Lüftungselement (zusammen +7,5K) den Temperaturanstieg. Der Einfluss der Solarstrahlung auf die Zulufttemperaturen ist somit bei der Luftführung
durch das untere Lüftungselement deutlich stärker als der am
oberen.
Seite 105 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten
Vom 21.04.2009 bis zum 30.06.2009 wurde untersucht, wie die Lufttemperaturen am unteren Lüftungselement durch einen schwarz verkleideten Brüstungsbereich beeinflusst werden.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
0
21.4.09
29.4.09
7.5.09
15.5.09
23.5.09
31.5.09
8.6.09
16.6.09
24.6.09
2.7.09
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
40
1000
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
23.6.09
24.6.09
25.6.09
0
27.6.09
26.6.09
Datum
Abb. 237: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase. Bei Globalstrahlungsleistungen von
850W/m² bis 900W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 2 und 5m/s liegen die Lufttemperaturen auf der Nordseite der
BTGA-Box 3K bis 4,5K über denen an der Wetterstation. Nachts sinken die Temperaturen an beiden Messstellen auf ein
vergleichbares Niveau.
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
10
15
20
25
30
35
Abb. 239: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen. An nur 10% der Messtage traten an der
Seite 106 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
10
5
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 240: Lufttemperaturen am Messraum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: Der Vergleich der Messwerte bei Tag- und Nachtlüftung zeigt einen großen Einfluss solarer Einstrahlung: sie bedingt tagsüber bereits bei Umgebungstemperaturen um 20°C Frischlufttemperaturen von über 35°C. Die etwa 5K kühleren Zulufttemperaturen sind auf
Kühleffekte im Lüftungselement zurückzuführen. Nachts ist auf Grund des wärmeren Mikroklimas am Messraum die angesaugte Luft bis zu 1,5K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Die Zuluft wird dann im Lüftungselement, abhängig von der
Temperaturdifferenz zur Raumluft, um bis zu 2,5K erwärmt, so dass die Zulufttemperatur bis zu 4K über der Wetterstationstemperatur liegt.
16
14
R2 = 0,8787
12
R2 = 0,8638
10
R2 = 0,9096
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,6223
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 242: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des unteren Lüftungselementes: Mit zunehmender Gesamtstrahlung zeigt sich ein wachsender Kühleffekt. Dieser
führt bei Strahlungsintensitäten um 700W/m² zu einer mittleren Temperaturreduktion von 7K. Der Kühleffekt resultiert,
wie der Erwärmungseffekt bei geringer Einstrahlung, aus
den in das Lüftungselement einwirkenden Raumtemperaturen.
Abb. 241: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die
Ansaugtemperaturen: Es zeigt
sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der solaren
Strahlungsleistung an der
Fassade und der Erwärmung
der angesaugten Luft gegenüber der Umgebungsluft.
Durchschnittliche Windgeschwindigkeiten über 4m/s
mindern den mittleren Temperaturanstieg um 2,9K, Windgeschwindigkeiten zwischen 2
und 4m/s um 1,4K.
R2 = 0,5136
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Mit steigender solarer Strahlungsintensität an der Fassade
werden die Temperaturdifferenzen zwischen Zu- und Raumluft größer. Bei 700W/m² ist die Zuluft im Mittel 6,5K wärmer
als die Raumluft. Dieses Temperaturgefälle führt in Kombination mit den guten Wärmeleiteigenschaften des Lüftungselementes zu der in Abb. 242 erkennbaren Zuluftkühlung.
Seite 107 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
R2 = 0,1851
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 244: Temperaturzuwachs
der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: Die dunklen Fassadentafeln führen bei zunehmender
Solarstrahlungsintensität zu
einer deutlichen Erwärmung
der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft. Bei einer Strahlungsintensität von 700W/m² an
der Fassade beträgt der Temperaturanstieg im Mittel 8,4K,
stellenweise bis zu 11K.
Witterung
Wie Abb. 236 zeigt, traten im Messzeitraum häufig hohe solare
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungslufttemperaturen stiegen
jedoch nur an 7 Messtagen über 25°C und blieben stets unter
30°C.
Mikroklima
An Tagen mit hoher solarer Einstrahlung überstiegen die Lufttemperaturen an der BTGA-Box jene an der Wetterstation um bis
zu 5K (vgl. Abb. 237). Dieser Temperaturunterschied resultiert
einerseits aus der windgeschützten Lage, andererseits aus der
starken Absorption solarer Strahlung in der unmittelbaren Umgebung an Autos, Bodenpflasterung und Gebäuden. In der Nacht
sinken die Lufttemperaturen an beiden Messstellen auf ein vergleichbares Niveau, wobei es an der BTGA-Box auf Grund der
windgeschützten Lage und der thermischen Speichermassen in
unmittelbarer Umgebung tendenziell etwas wärmer bleibt.
Abb. 241 zeigt eine deutliche Korrelation zwischen der solaren
Strahlungsleistung und der Erwärmung der angesaugten Luft
gegenüber der Umgebungsluft. Bei einer Strahlungsleistung von
700W/m² an der Süd-Fassade und geringen Windgeschwindigkeiten (vWind,mittel < 2m/s) ist die aus der Fassadengrenzschicht
angesaugte Luft im Mittel 12,5K wärmer als die Luft an der Nordseite. Höhere Windgeschwindigkeiten reduzierten die Aufheizung
der Grenzschicht leicht. Bei Windgeschwindigkeiten zwischen 2
und 4 m/s wurde ein Temperaturanstieg von 11,1K, bei Windgeschwindigkeiten über 4m/s von 9,6K gemessen. Die starke Aufheizung der Fassadengrenzschicht bei hoher Strahlungsintensität ist auf den hohen Absorptionsgrad der schwarzen Faserzementplatten zurückzuführen.
Seite 108 von 161
b+tga
Fassadendurchtritt
Abb. 242 zeigt eine starke Abkühlung (um bis zu 8K) der Luft
beim Durchströmen des Lüftungselementes. Diese resultiert aus
der guten Ankopplung des Lüftungselementes an die Raumluft in
Kombination mit dessen gut wärmeleitenden Blechkonstruktion
und dem langen Luftweg durch das Element (Vgl. Abs. 5.1). Die
Wärme wird beim Durchströmen (teilweise) an die umgebende
Raumluft abgeführt. Bei geringer solarer Einstrahlung bzw.
niedrigen Frischlufttemperaturen wird die Zuluft im Lüftungselement durch die höheren Raumtemperaturen um bis zu 8K
vorgewärmt. Die Messwerte bestätigen damit die Beobachtung
bei der Thermographie des Lüftungsgeräts (Vgl. Abb. 212).
Die dem Raum bei der Kühlung der Zuluft im Lüftungselement
zugeführte bzw. bei der Erwärmung entzogene thermische
Energie (jeweils bis zu 100Wh/h) beeinflusst die Raumtemperaturen. Diese Art der Zulufttemperierung reduziert also nicht die
thermischen Lasten des Raums.
Bei den Messungen lag die Zulufttemperatur im Mittel zwischen
4K (bei geringer Solarstrahlung) und 8K (bei starker Solarstrahlung) über der Lufttemperatur an der Wetterstation. Die starke
Streuung der Messwerte resultiert aus der Überlagerung von
Wind- und Mikroklimaeinflüssen an beiden Messstellen.
Die gemessenen Temperaturunterschiede sind so groß, dass sie
bei der Prognose der Raumtemperaturen nicht vernachlässigt
werden dürfen.
Seite 109 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + weiße Faserzementplatten
Vom 09.09.2009 bis zum 13.11.2009 wurde untersucht, wie die Lufttemperaturen am unteren Lüftungselement durch einen weiß verkleideten Brüstungsbereich beeinflusst werden.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
0
9.9.09
16.9.09
23.9.09
30.9.09
7.10.09
14.10.09
21.10.09
28.10.09
4.11.09
11.11.09
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
Windgeschwindigkeit
Zulufttemperatur
Solarstr.
[W/m²]
40
1000
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
24.9.09
25.9.09
26.9.09
0
28.9.09
27.9.09
Datum
Abb. 246: Zeitlicher Verlauf relevanter Messgrößen während einer Schönwetterphase. Bei Globalstrahlungsleistungen um
600W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1 und 1,5m/s liegen die Lufttemperaturen auf der Nordseite der BTGA-Box
1K bis 2,5K über denen an der Wetterstation. Nachts ist es im Bereich der BTGA-Box bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten 1 bis 1,5K wärmer. Die starken Zulufttemperaturanstiege nach Abschaltung der Nachtlüftung (am 26.09. zwischen
2:00 und 8:00 und am 27.9. zwischen 4:00 und 8:00Uhr) sind auf die fehlende Durchströmung des Lüftungselementes und
Wärmeeinträge aus dem Raum zurückzuführen.
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
Abb. 247: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie: An 6% der Tage überschritt der
10
10
15
20
25
30
35
Abb. 248: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen: An nur 3% der Messtage traten an der Wetterstation Tageshöchsttemperaturen über 25°C auf.
Seite 110 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
10
5
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
40
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 249: Lufttemperaturen am Messraum in Relation zur Lufttemperatur an der Wetterstation: Während der Taglüftungsphasen ist die an der Messraumfassade angesaugte Luft bis zu 14K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Nach der Abkühlung im Lüftungselement um 5K weist die Zuluft immer noch eine bis zu 9K höhere Temperatur auf. In den Nachtlüftungsphasen führt das leicht wärmere Mikroklima an der BTGA-Box gegenüber der Wetterstation zu 1K bis 1,5K höheren
Ansaugtemperaturen. Die Zuluft wird dann im Lüftungselement, abhängig von der Temperaturdifferenz zum Messraum, erwärmt, so dass sich am Raumeinlass gegenüber der Wetterstationstemperatur ein Temperaturzuwachs von 2 bis 3K ergibt.
16
14
Abb. 250: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Ansaugtemperaturen: Es zeigt sich eine
deutliche Korrelation zwischen der
R = 0,8961
R = 0,9278 solaren Strahlungsleistung an der
Fassade und der Erwärmung der
angesaugten Luft. Während bei
geringer Einstrahlung die Ansaugtemperaturen etwa auf dem Niveau
der Umgebung liegen, erhöhen sie
sich mit steigender solarer Strahlungsintensität auf bis zu 11K.
Windgeschwindigkeiten von 2 bis
4m/s reduzieren die Erwärmung
der Zuluft um bis zu 1K, WindgeWindgeschw.: v ≥ 4,0 m/s
schwindigkeiten über 4m/s sind im
200
300
400
500
600
700
800 Messzeitraum zu selten aufgetreten, um ihre Auswirkungen beurGesamtstrahlung an der Süd-Fassade [W/m²]
teilen zu können.
2
12
2
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
0
100
Temperaturdifferenz
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R2 = 0,5822
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 251: Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen des unteren Lüftungselementes: Mit zunehmender
Gesamtstrahlung zeigt sich ein wachsender Kühleffekt.
Dieser führt bei einer Strahlungsintensität von 800W/m² zu
einer mittleren Temperaturreduktion von 4K.
R2 = 0,338
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Mit steigender solarer Strahlungsintensität an der Fassade
werden die Temperaturdifferenzen zwischen Zu- und Raumluft größer. Bei 800W/m² ist die Zuluft im Mittel 1,8K wärmer
als die Raumluft.
Seite 111 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
R2 = 0,3079
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: Auch bei
Einsatz der weißen Fassadentafeln
kommt es bei zunehmender Solarstrahlungsintensität zu einer deutlichen Erwärmung der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft. Bei
Strahlungsintensitäten von
800 800W/m² an der Fassade beträgt
der Temperaturanstieg im Mittel
9K.
Witterung
Wie Abb. 247 zeigt, traten im Messzeitraum sehr selten hohe
solare Wärmeeinträge auf. Auch die Lufttemperaturen an der
Wetterstation stiegen nur an 2 Messtagen 25°C und blieben stets
unter 30°C. Das Wetter war somit für die Untersuchung sommerlicher Effekte schlecht geeignet.
Mikroklima
Bei Globalstrahlungsintensitäten um 600W/m² und Windgeschwindigkeiten zwischen 1m/s und 1,5m/s ist die Lufttemperatur
im Bereich der BTGA-Box etwa 1K bis 2,5K höher als an der
Wetterstation (vgl. Abb. 246). Nachts bleibt es im Umfeld der
BTGA-Box gegenüber der Wetterstation 1 bis 1,5K wärmer.
Ursachen für die Temperaturunterschiede: siehe Messung am
oberen Lüftungselement.
Die Temperatur der oberhalb der weiß verkleideten Brüstung,
durch das besonnte Lüftungselement, angesaugten Luft wird von
solarer Einstrahlung stark beeinflusst: eine Gesamtstrahlung an
der Fassade von 800W/m² führt gegenüber der Temperatur an
der Nord-Seite der BTGA-Box zu einer mittleren Temperaturerhöhung von bis zu 11,5K (vgl. Abb. 250). Ursache dafür ist die
Erwärmung der angesaugten Luft an der erhitzen Fassadenoberfläche und die Aufheizung des Lüftungselementes durch
direkte Sonneneinstrahlung.
Die Aufheizung wird durch Windeinflüsse wenig reduziert. Windgeschwindigkeiten von 2m/s bis 4m/s (gemessen an der Wetterstation) reduzieren die Aufheizung im Mittel um maximal 1K.
Auswirkungen höherer Windgeschwindigkeiten können auf
Grund ihres zu seltenen Auftretens im Messzeitraum nicht beurteilt werden. Ursache für die geringen Windeinflüsse ist die
windgeschützte Lage der BTGA-Box und die weitgehend wind-
Seite 112 von 161
b+tga
unabhängige Erwärmung im äußeren Teil des besonnten
Lüftungselementes.
Fassadendurchtritt
Es ist eine deutliche Korrelation zwischen der Gesamtstrahlung
an der Fassade und den Temperaturänderungen im Lüftungsgerät zu erkennen (vgl. Abb. 251). Bei geringer solarer Einstrahlung und kalter Witterung wird die Luft im Lüftungselement
im Mittel um 3K erwärmt. Mit zunehmender Einstrahlung
schwächt sich dieser Heizeffekt ab, bis sich ab etwa 370W/m² ein
Kühleffekt ausbildet. Dieser führt bei einer Solarstrahlungsintensität von 800W/m² an der Fassade zu einer mittleren Temperaturreduktion von 4K. Ursachen für die thermische Beeinflussung der Luft im Lüftungselement ist auch hier wieder der
Einfluss der Raumtemperaturen (Details: siehe Messung am
oberen Lüftungselement).
Im Messzeitraum lag die Zulufttemperatur im Mittel bei 4,5K (bei
geringer Solarstrahlung) bis 9K (bei starker Solarstrahlung) über
den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Dabei setzte sich der
Temperaturanstieg bei geringer Einstrahlung aus mikroklimatischen Effekten (+1K) und der Erwärmung im Lüftungselement
(+4K) zusammen. Die im Vergleich zu den restlichen Messungen
ungewöhnlich starke Temperaturerhöhung im Lüftungselement
resultiert aus der kühlen Witterung im Messzeitraum (vgl. Abb.
248): die großen Temperaturdifferenzen zwischen der kalten fassadenseitig angesaugten Luft und dem (beheizten) Raum führten
zu erhöhten Wärmeströmen ins Lüftungselement und dadurch
zum beobachteten Heizeffekt.
Bei starker solarer Einstrahlung bewirkte das wärmere Mikroklima (+2,5K) und die Erwärmung der Luft an der besonnten
Fassade und im besonnten Lüftungselement (zusammen +6,5K)
den Temperaturanstieg. Der Einfluss der Solarstrahlung auf die
Zulufttemperaturen ist hier ähnlich groß wie bei der Messung mit
dunkel verkleidetem Brüstungsbereich.
Seite 113 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + PCM
Vom 11.07.2008 bis zum 30.07.2008 wurde das Kühlpotential von PCMPlatten im Zuluftweg untersucht. Dazu war an das untere Lüftungselement die PCM-Box, bestückt mit 15 PCM-Platten, angebaut.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
11.7.08
0
13.7.08
15.7.08
17.7.08
19.7.08
21.7.08
23.7.08
25.7.08
27.7.08
29.7.08
31.7.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
Windgeschwindigkeit
Solarstr.
[W/m²]
1000
35
875
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
ΔT über PCM-Box
Solarstr.
[W/m²]
1100
35
1000
30
900
30
750
25
800
25
625
20
700
15
600
10
500
20
500
15
375
5
400
10
250
0
300
-5
200
-10
100
5
125
0
24.7.08
25.7.08
26.7.08
0
28.7.08
27.7.08
-15
24.7.08
25.7.08
Datum
26.7.08
0
28.7.08
27.7.08
Datum
Abb. 255: Bei Globalstrahlungsintensitäten um 600W/m²
liegen die Lufttemperaturen an der Nordseite der BTGA-Box
bis zu 4,5K über denen an der Wetterstation. Bei ansteigenden Windgeschwindigkeiten (z.B. am 27.7.) sinkt die Temperatur an der Wetterstation stärker als im Umfeld der BTGABox. Nachts bedingt das wärmere Mikroklima im Umfeld des
Messraums etwa 1K höhere Umgebungstemperaturen.
Abb. 256: Die Austrittstemperatur der PCM-Box bleibt im
dargestellten Ausschnitt stets unter 26°C. Dabei wird die
Luft in der PCM-Box um bis zu 10K abgekühlt.
(Hinweis: die mittäglichen „Einbrüche“ der Eintrittstemperaturen resultieren aus der reduzierten Durchströmung
während der Fensteröffnung zwischen 12:00 und 13:00Uhr.
(Details s. Fenstersteuerung, Abs. 5.3)
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
Abb. 257: Anteilige Summenhäufigkeit der pro Tag eingestrahlten Solarenergie. An 40% der Messtage überschritt
der solare Energieeintrag 4kWh/(m² d).
10
10
15
20
25
30
35
Abb. 258: Anteilige Summenhäufigkeit der Tageshöchsttemperaturen. An 35% der Messtage traten an der Wetterstation Tageshöchsttemperaturen über 25°C auf.
Seite 114 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
Zuluft (Austritt PCM-Box) bei Taglüftung
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10
Zuluft (Austritt PCM-Box) bei Nachtlüftung
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 259: Am Tage ist eine deutliche Temperaturreduktion durch die PCM-Kühlung erkennbar: Die an der Fassade um teilweise über 10K erwärmte Luft wird beim Durchströmen des Lüftungselementes und der PCM-Box auf Temperaturen um
2,5K unter denen an der Wetterstation gekühlt. Nachts verursachen die Vorwärmung im Lüftungselement und die Regeneration der PCM-Speicher eine Erwärmung der Zuluft um 5 bis 7K.
der PCM-Box [Wh/h]
35
300
250
30
200
25
150
100
20
50
15
0
10
-50
5
0
0
5
10
15
20
25
30
-100
-150
-200
10
35
15
Abb. 260: Ab einer Zulufttemperatur von 21°C ist eine Kühlwirkung der PCM-Box erkennbar. Die Austrittstemperatur
bleibt im gesamten Messzeitraum unter 27°C. Bei der nächtlichen Entladung der thermischen Speicher wird der erhöhte
Volumenstrom der Nachtlüftung um ca. 1,5K – 2K erwärmt.
20
25
Temperaturdifferenz
TZuluft (Austritt PCM-Box) - TRaumluft [K]
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 262: Mit Hilfe der PCM-Kühlung wird die Zuluft um bis
zu 16K abgekühlt. Diese Temperaturreduktion beinhaltet
neben der Kühlung durch die PCM-Elemente auch die Vorkühlung im Lüftungselement (vgl. Messungen ohne PCMBox) und durch die Holzbox hervorgerufene kapazitive
Effekte (vgl. Messungen mit leerer PCM-Box).
35
Abb. 261: Am Tage wurde eine maximale Kühlleistung von
134Wh/h erreicht. Bei der nächtlichen Regeneration der
PCM-Speicher traten auf Grund des erhöhten Nachtlüftungsvolumenstroms höhere Heizleistungen von bis zu
160Wh/h auf.
Temperaturdifferenz
TZuluft (Austritt PCM-Box) - TFrischluft [K]
R2 = 0,7403
30
R2 = 0,0133
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 263: Unabhängig von der Solarstrahlungsintensität
liegen die Austrittstemperaturen der PCM-Box im Mittel
etwa 3K unter Raumtemperatur.
Seite 115 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
TZuluft (Austritt PCM-Box) - TWetterstation [K]
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
R2 = 0,3568
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Abb. 264: mit zunehmender Solarstrahlungsintensität steigen die
Umgebungstemperaturen oft in
oder über den Schmelzbereich der
PCMs. Dann wird die Zuluft unter
das Außentemperaturniveau gekühlt. Bei geringer Strahlungsintensität und kalter Witterung
führen Wärmeeinträge aus dem
Raum zur Erwärmung der Zuluft
im, Lüftungselement.
Die starke Streuung der Messpunkte resultiert aus den stark
800 schwankenden Umgebungstemperaturen bei denen eine Strahlungsintensität auftritt.
Witterung
einem drittel der Messtage über 25°C. Das Wetter war somit,
insbesondere in der 2. Hälfte des Messzeitraums, sommerlich.
Mikroklima
Nach Nächten mit geringer Auskühlung erwärmt sich die Luft im
Umfeld der BTGA-Box bei Globalstrahlungsintensitäten von
600W/m² und niedrigen Windgeschwindigkeiten um 4K bis 5K
stärker als die an der Wetterstation.
Die „dämpfende Wirkung“ der stark bebauten Umgebung der
BTGA-Box zeigt sich in Abb. 255: während am Nachmittag des
27.07.2008 die Temperatur an der Wetterstation bei ansteigenden Windgeschwindigkeiten (von 0,5m/s auf 1,5m/s) um 1K sinkt,
reduziert sich die Umgebungstemperatur am Messraum lediglich
um 0,2K. Ursache hierfür ist die windgeschützte Lage der BTGABox zwischen höheren Gebäuden und größere thermische Speichermassen in der unmittelbaren Umgebung.
Kühlung mittels PCM-Box
Ab Eintrittstemperaturen von 20°C wurde die Zuluft gekühlt. Die
bereits unterhalb des Schmelzbereiches der PCMs (lt. Herstellerangaben 22 bis 28°C) auftretende Kühlung der Zuluft ist auf die
starke nächtliche Auskühlung der PCM-Box und des angrenzenden Bodens bei Eintrittstemperaturen von z.T. 15°C zurückzuführen.
Die Austrittstemperatur der PCM-Box blieb im gesamten Messzeitraum unter 27°C. Sie lag im Schnitt 3K unter der Raumlufttemperatur. Die nie oberhalb des Schmelzbereichs liegenden
Austrittstemperaturen ließen Leistungsreserven des Kühlsystems
vermuten. Zur Ermittlung der Leistungsgrenze wurde der
Seite 116 von 161
b+tga
Versuch bei gesteigerten Anforderungen an das Kühlsystem
(dunkele Fassadenverkleidung) wiederholt.
Die maximale Kühlleistung betrug im Messzeitraum 134Wh/h.
Dabei wurde ein Luftvolumenstrom von 40m³/h in der PCM-Box
um 10K abgekühlt.
Während der nächtlichen Regenerationsphasen führte der erhöhte Nachtlüftungsvolumenstrom zu einem höheren konvektiven Wärmeübergang an den Oberflächen in der PCM-Box und in
Folge dessen zu höheren Wärmeübertragungsleistungen. Die
Zuluft wurde dabei um 1,5 bis 2K erwärmt.
Während der gesamten Untersuchung wurden die PCMs nachts
stets so weit entladen, dass sie die am folgenden Tag auftretenden Lasten aufnehmen konnten.
Fassadendurchtritt
Die Kombination aus Vorkühlung im Lüftungselement und PCMBox-Kühlung konnte die durchströmende Luft im Mittel um bis zu
14K abkühlen.
Bei kühler Witterung und geringer solarer Einstrahlung ist die an
der Fassade angesaugte Luft etwa 1,5K bis 2K wärmer als die
Luft an der Wetterstation (vgl. Abb. 259). Im Lüftungselement
wird die Luft durch Absorption von Raumwärme um weitere 2K
bis 3K erwärmt, so dass die Zuluft etwa 4K bis 5K wärmer als die
Umgebungsluft ist (vgl. Abb. 264). Einflüsse der PCM-Box sind
unter diesen Bedingungen nicht zu erkennen.
Mit zunehmender solarer Strahlungsintensität steigen die Temperaturen der angesaugten Luft wesentlich über die Umgebungstemperaturen an (vgl. Abb. 255). Die Zuluft wird dann im
Lüftungselement (durch die Raumluft) und in der PCM-Box auf
unter 27°C abgekühlt. Teilweise liegen die Zulufttemperaturen
dadurch unter den Umgebungstemperaturen (vgl. Abb. 264).
Die Kühlung funktionierte im gesamt Messzeitraum zuverlässig,
so dass sich die Ansaugung an der Fassade aufgeheizter Luft
nicht nachteilig auf die Zulufttemperaturen auswirkte.
Seite 117 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + leere PCM-Box
Vom 30.07.2008 bis zum 27.08.2008 wurde eine Vergleichsmessung mit
leerer PCM-Box durchgeführt. Alle Randbedingungen blieben gegenüber der zuvor beschriebenen Messung unverändert.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
0
30.7.08
2.8.08
5.8.08
8.8.08
11.8.08
14.8.08
17.8.08
20.8.08
23.8.08
26.8.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
Windgeschwindigkeit
Solarstr.
[W/m²]
1000
35
875
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
ΔT über PCM-Box
Solarstr.
[W/m²]
1100
35
1000
30
900
30
750
25
800
25
625
20
700
20
500
15
600
10
500
15
375
5
400
10
250
0
300
-5
200
-10
100
5
125
0
4.8.08
5.8.08
6.8.08
-15
4.8.08
0
8.8.08
7.8.08
5.8.08
6.8.08
0
8.8.08
7.8.08
Datum
Datum
Abb. 266: Bei starker solarer Einstrahlung und Windgeschwindigkeiten zwischen 1,5m/s und 4m/s lagen die Lufttemperaturen an der Nordseite der BTGA-Box zwischen 2K
und 2,5K über denen an der Wetterstation.
Abb. 267: Auch ohne PCM-Platten kühlt die PCM-Box die
Zuluft. Dieser Kühleffekt ist jedoch deutlich schwächer ausgeprägt als der bei eingebauten PCM-Platten: Die Temperaturreduktion beträgt maximal 4,5K, die Austrittstemperaturen liegen um 30°C.
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
10
15
20
25
30
35
Seite 118 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 270: Am Tage ist trotz fehlender PCM-Platten eine Temperaturreduktion erkennbar: Die fassadenseitig angesaugte
Luft ist z.T. über 10K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Beim Durchströmen des Lüftungselementes und der leeren
PCM-Box wird die Zuluft auf Temperaturen zwischen 2 und 4K über denen an der Wetterstation gekühlt. Nachts führen die
Vorwärmung im Lüftungselement und der Wärmeaustrag aus der PCM-Box bzw. aus dem Boden unter ihr zusammen zu
einer Erwärmung der Zuluft um 3 bis 4K.
der PCM-Box [Wh/h]
35
300
250
30
200
25
150
20
100
15
50
0
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
-50
-100
-150
10
35
15
Abb. 271: Die den gesamten Messzeitraum repräsentierende Darstellung zeigt, dass die leere PCM-Box die Luft
um bis zu 4K abkühlt. Eine Begrenzung der Austrittstemperatur, wie sie während der Messung mit eingebauten PCMPlatten erkennbar war, findet jedoch nicht statt. Nachts wird
die Luft durch Wärmeeinträge aus dem Raum und kapazitive Effekte um bis zu 2K erwärmt.
20
25
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 273: Die dem Raum zugeführte Luft wird im Lüftungselement durch Wärmeaustausch mit dem Raum und in der
PCM-Box durch Speichereffekte im Mittel um bis zu 7K abgekühlt. Dabei korreliert die Stärke des Kühleffektes mit der
solaren Strahlungsintensität an der Fassade und der damit
verbundenen Aufheizung der angesaugten Luft.
35
Abb. 272: Durch die bei der Erwärmung der PCM-Box und
des darunter liegenden Bodens absorbierte thermische
Energie wird am wird am Tage, trotz fehlender PCM-Platten,
eine Kühlleistung von 50Wh/h, bei sehr hohen Eintrittstemperaturen sogar von bis zu 65Wh/h erreicht. In der Nacht
führt der etwa 3,5 mal höhere Volumenstrom zur schnellen
Auskühlung der am Tage erwärmten Speicher und damit zu
(anfänglich) hohen „Heizleistungen“ von bis zu 120Wh/h.
Temperaturdifferenz
R2 = 0,6339
30
R2 = 0,3346
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 274: Die Kühleffekte im Lüftungselement und der
nachgeschalteten PCM-Box sind stark genug, um die mittlere Zulufttemperatur bis zu einer solaren Einstrahlung von
650W/m² unter der Raumtemperatur zu halten.
Seite 119 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
R2 = 0,0165
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Abb. 275: Die Austrittstemperaturen der PCM-Box liegen unab800 hängig von der solaren Einstrahlung etwa 5K über den Lufttemperaturen an der Wetterstation.
Witterung:
Im Messzeitraum traten häufig hohe solare Wärmeeinträge auf.
Die Umgebungstemperaturen stiegen nur an 5 Messtagen über
25°C und blieben stets unter 30°C.
Mikroklima:
Die vergleichsweise hohen Windgeschwindigkeiten begrenzten
die Aufheizung des Mikroklimas an der BTGA-Box auf 2,5K.
Weiterer Faktor für den verglichen zu anderen Messungen
geringen Temperaturanstieg könnte die reduzierte Belegungsdichte der Parkplätze im Umfeld der BTGA-Box während der
Semesterferien sein.
Kühlung mittels PCM-Box:
Trotz fehlender PCM-Platten wurde die Luft beim Durchströmen
der PCM-Box am Tage gekühlt (vgl. Abb. 271). Dies ist auf
Wärmespeicherung in der Holzkonstruktion und vor allem
Wärmeableitung in den Beton-Fußboden unter der PCM-Box
zurückzuführen. Der Wärmeeintrag in den Boden wird durch eine
Ringströmung im Inneren der Holzkonstruktion begünstigt, die zu
einem hohen konvektivem Wärmeübergang u.a. an der Bodenplatte führt. Vermutlich ließe sich die Kühlung noch verbessern,
in dem die PCM-Box ohne Bodenplatte direkt auf Betonboden
gestellt würde.
Zusätzlich verhindert die bodennahe Anordnung der Auslassöffnung, im Gegensatz zu einer Anordnung auf der Oberseite
(vgl. Brüstungskonstruktion im TRI-Haus), die Ausbildung von
strömungstechnischen Todbereichen im unteren Teil der Holzkonstruktion – insbesondere bei geringer Durchströmung.
Die Erwärmung der durchströmenden Luft während der Nacht ist
auf Wärmeeinträge aus dem Raum und dem Austrag der am
Tage eingespeicherten Wärme zurückzuführen.
Seite 120 von 161
b+tga
Fassadendurchtritt:
Die Kombination aus Vorkühlung im Lüftungselement und Kühleffekte in der leeren PCM-Box führen zu einer mittleren Temperaturreduktion um bis zu 6,5K.
Trotz messbarer Kühleffekte lag die Austrittstemperatur der
leeren PCM-Box fast unabhängig von der solaren Strahlungsintensität etwa 5K über der Lufttemperatur an der Wetterstation.
Dieser Temperaturunterschied ist so groß, dass er bei der Prognose der Raumtemperaturen berücksichtigt werden muss.
Seite 121 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementplatten + PCM
Vom 01.07.2009 bis zum 08.09.2009 sollte die Leistungsgrenze des
PCM-Kühlsystems ermittelt werden. Dazu war der Brüstungsbereich mit
dunklen Faserzement-Platten verkleidet, die, wie die Messungen aus
2008 zeigen, erhöhte Zulufttemperaturen zur Folge haben. Verglichen
mit der Messung bei unverkleidetem Brüstungsbereich ist somit eine
höhere Kühlarbeit und in Folge dessen ggf. eine Überschreitung der
Speicherkapazitäten der PCMs zu erwarten.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
1.7.09
0
8.7.09
15.7.09
22.7.09
29.7.09
5.8.09
12.8.09
19.8.09
26.8.09
2.9.09
9.9.09
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
Windgeschwindigkeit
Solarstr.
[W/m²]
1000
35
875
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
ΔT über PCM-Box
Solarstr.
[W/m²]
1100
35
1000
30
900
30
750
25
800
25
625
20
700
20
500
15
600
10
500
15
375
5
400
10
250
0
300
-5
200
-10
100
5
125
0
5.8.09
6.8.09
-15
5.8.09
0
8.8.09
7.8.09
6.8.09
Datum
0
8.8.09
7.8.09
Datum
und Windgeschwindigkeiten zwischen 1,5 und 2m/s lagen
die Lufttemperaturen an der Nordseite der BTGA-Box und
an der Wetterstation auf vergleichbarem Niveau. Auch
nachts traten keine signifikanten Temperaturunterschiede
auf.
Abb. 278: Die Austrittstemperatur an der PCM-Box bleibt
zw. 8:00 und 18:00Uhr unter 27°C. Bei Einsetzen der Nachtlüftung steigt sie um bis zu 2,5K an. (Hinweis: die mittäglichen „Einbrüche“ der Eintrittstemperaturen resultieren aus
der reduzierten Durchströmung während der Fensteröffnung
zw. 12 und 13Uhr. (Details s. Fenstersteuerung, Abs. 5.3)
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
10
15
20
25
30
35
Seite 122 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 281: Am Tage ist eine starke Erhitzung der fassadenseitig angesaugten Luft (Frischluft) und eine Kühlung der Zuluft
erkennbar. Kühleffekte bei Umgebungstemperaturen unterhalb der Kristallisationstemperatur des PCMs sind auf Speichereffekte in der Konstruktion der PCM-Box und im darunter liegenden Boden zurückzuführen. Dieser Speichereffekt wird durch
die sehr starke nächtliche Auskühlung bei Eintrittstemperaturen zwischen 10 und 15°C ausgelöst. Nachts führen die Vorwärmung im Lüftungselement und die Auskühlung der thermischen Speicher zu einer Erwärmung der Zuluft um 2K bis 6K.
der PCM-Box [Wh/h]
35
300
250
30
200
25
150
100
20
50
15
0
10
-50
5
0
0
5
10
15
20
25
30
-100
-150
-200
10
35
15
Abb. 282: Obwohl die angesaugte Luft an der dunklen
Fassadenverkleidung stark erhitzt wird, bleibt die Austrittstemperatur im gesamten Messzeitraum auf 27°C beschränkt. Während der nächtlichen Entladung der thermischen Speicher wird die Zuluft in der PCM-Box um bis zu
3K erwärmt.
20
25
Temperaturdifferenz
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 284: Mit Hilfe der PCM-Kühlung wird die Zuluft, abhängig von der Erhitzung der Frischluft durch Solarstrahlung,
um bis zu 20K abgekühlt. Diese Temperaturreduktion beinhaltet neben der Kühlung durch die PCM-Elemente auch die
Vorkühlung im Lüftungselement (vgl. Messungen ohne
PCM-Box) und kapazitive Effekte an der Holzbox (vgl. Messungen mit leerer PCM-Box)
35
Abb. 283: In den Taglüftungsphasen lag die maximale Kühlleistung bei 159Wh/h. Bei der nächtlichen Entladung der
thermischen Speicher wurde, wie bei der Messung mit unverkleideter Fassade, eine „Heizleistung“ von 160Wh/h
gemessen. Zu Beginn der Nachtlüftung traten vereinzelt
sehr hohe Kühlleistungen auf, weil zu diesem Zeitpunkt
angesaugte Luft noch so warm war, dass sie durch das
PCM gekühlt wurde (TEintritt > 27°C) und der hohe Volumenstrom einen guten konvektiven Wärmeübergang bedingte.
Temperaturdifferenz
R2 = 0,7923
30
R2 = 0,3095
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 285: Abhängig von der Solarstrahlungsintensität liegen
die Austrittstemperaturen der PCM-Box im Mittel zwischen 3
und 5,5K unter der Raumtemperatur.
Seite 123 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
Abb. 286: mit zunehmender Solarstrahlungsintensität steigen die
Umgebungstemperaturen oft in
oder über den Schmelzbereich der
PCMs. Dann wird die Zuluft unter
das Umgebungstemperaturniveau
gekühlt. Bei geringer Strahlungsintensität und kalter Witterung
führen Wärmeeinträge aus dem
Raum zur Erwärmung der Zuluft.
R = 0,2977
Die starke Streuung der Messwerte
resultiert aus den unterschiedlichen
700
800 Umgebungstemperaturen bei
denen eine Strahlungsintensität
auftritt.
2
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
Witterung
Wärmeeinträge auf. Die Umgebungstemperaturen stiegen an
etwa der Hälfte der Messtage über 25°C und an 15% der Messtage über 30°C. Das Wetter war somit hochsommerlich.
Mikroklima
Bei mittleren Windgeschwindigkeiten zwischen 1,5m/s und 2m/s
und starker solarer Einstrahlung lagen die Temperaturen an der
Wetterstation und an der Nordseite der BTGA-Box auf einem
vergleichbaren Niveau. Das sonst beobachtete wärmere Mikroklima an der BTGA-Box stellte sich bei dieser Messung nicht ein.
Kühlung mittels PCM-Box
Die Zulufttemperaturen blieben am Tage, wie bei der Messung
mit unverkleideter Fassade, auf 27°C beschränkt (vgl. Abb. 282).
Die durch die dunkle Fassadenverkleidung bedingten höheren
Frischlufttemperaturen von z.T. über 40°C wurden durch die
Kühlung vollständig kompensiert. Dementsprechend konnte auch
in dieser Untersuchung die Leistungsgrenze des Kühlsystems
nicht ermittelt werden. Am Tage betrug die maximale Kühlleistung 159Wh/h. Dabei wurde ein Volumenstrom von 40m³/h in
der PCM-Box um 12K abgekühlt. Während der nächtlichen Entladung der thermischen Speicher wurde der erhöhte Nachtlüftungs-Volumenstrom von 147m³/h um bis zu 3K erwärmt. Dabei
traten ähnlich der Messung bei unverkleideter Fassade „Heizleistungen“ von bis zu 165Wh/h1) auf. Während der gesamten
Untersuchung konnten durch den erhöhten Nachtlüftungsvolumenstrom die PCMs stets so weit entladen werden, dass sie
die am folgenden Tag auftretenden Lasten aufnehmen konnten.
Die bereits ab einer Eintrittstemperatur von 18°C gemessenen
Kühleffekte sind auf die starke nächtliche Auskühlung2) der PCMBox und des angrenzenden Bodens zurückzuführen.
1)
Die leicht erhöhten Wärmeausträge gegenüber der
Messung mit unverkleideter
Fassade resultieren aus den
etwas niedrigeren nächtlichen
Eintrittstemperaturen und
dem daraus resultierenden
größeren konvektiven
Wärmeübergang an den
thermischen Speichern der
PCM-Box.
2)
Die nächtlichen Eintrittstemperaturen fielen teilweise unter
15°C (vgl. Abb. 282).
Seite 124 von 161
b+tga
Die vereinzelt während der Nachtlüftung auftretenden hohen
Kühlleistungen (vgl. Abb. 283) treten an warmen Tagen direkt zu
Beginn der Nachtlüftungsphase auf. Zu diesem Zeitpunkt ist die
Umgebungsluft (an der Nordseite der BTGA-Box) zwar schon
min. 3K kühler als die Raumluft (Einschalt-Kriterium für die
Nachtlüftung) aber die Temperatur der fassadenseitig angesaugten Luft liegt immer noch über dem Schmelzbereich der PCMs
(TEinlass > 27°C). Details, warum die Umgebungs- und nicht die
Ansaugtemperatur als Schaltkriterium gewählt wurde, sind Abs.
„5.3 – Lüftungsanlage“ zu entnehmen.
Fassadendurchtritt
Die Kombination aus Vorkühlung im Lüftungselement und PCMBox-Kühlung reduzierte die Temperatur der durchströmenden
Luft in der Spitze um bis zu 16K.
Bei kühler Witterung und geringer solarer Einstrahlung liegen die
Frischlufttemperaturen etwa 1,5 bis 2K über den an der Wetterstation gemessenen Umgebungstemperaturen (vgl. Abb. 259).
Im Lüftungselement wird die Luft durch Absorption von Raumwärme um weitere 2 bis 3K erwärmt, so dass die Zulufttemperaturen etwa 4 bis 5K über den an der Wetterstation gemessenen
Umgebungstemperaturen liegen (vgl. Abb. 264). Der Einfluss der
PCM-Box ist unter diesen Bedingungen vernachlässigbar gering.
Mit zunehmender solarer Strahlungsintensität steigen die Frischlufttemperaturen wesentlich über die Umgebungstemperaturen
an (vgl. Abb. 255). Die Zuluft wird dann im Lüftungselement
(durch die Raumluft) und anschließend in der PCM-Box auf unter
27°C abgekühlt. Teilweise liegen die Zulufttemperaturen dadurch
unter den Umgebungstemperaturen (vgl. Abb. 264).
Die Kühlung funktionierte im gesamt Messzeitraum zuverlässig,
so dass sich die Ansaugung an der Fassade aufgeheizter Luft
nicht nachteilig auf die Zulufttemperaturen auswirkte.
Seite 125 von 161
b+tga
Unteres Lüftungsgerät + schwarze Faserzementpl. + leere PCM-Box
Vom 27.08.2008 bis zum 24.09.2008 wurde eine Vergleichsmessung mit
leerer PCM-Box durchgeführt. Alle Randbedingungen blieben gegenüber der zuvor beschriebenen Messung unverändert.
TUmgebung [°C]
SGlobal [W/m²]
35
875
30
750
25
625
20
500
15
375
10
250
5
125
0
27.8.08
0
30.8.08
2.9.08
5.9.08
8.9.08
11.9.08
14.9.08
17.9.08
20.9.08
23.9.08
Datum
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
Windgeschwindigkeit
Solarstr.
[W/m²]
1000
35
875
Temperaturen [°C]
Luftgeschw. [m/s]
40
ΔT über PCM-Box
Solarstr.
[W/m²]
1100
35
1000
30
900
30
750
25
800
25
625
20
700
20
500
15
600
10
500
15
375
5
400
10
250
0
300
-5
200
-10
100
5
125
0
29.8.08
30.8.08
31.8.08
-15
29.8.08
0
2.9.08
1.9.08
30.8.08
31.8.08
0
2.9.08
1.9.08
Datum
Datum
und Windgeschwindigkeiten um 1,5m/s lagen die Lufttemperaturen an der Nordseite der BTGA-Box zwischen 2K
und 2,5K über denen an der Wetterstation. Nachts liegen
die Umgebungstemperaturen an der BTGA-Box i.A. 1K bis
1,5K über denen an der Wetterstation. Am 31.8. führt warmer Wind zwischen 0 und 1 Uhr zu einem Temperaturanstieg von 2K. In Folge dessen gleichen sich die Temperaturen an beiden Messstellen an.
Abb. 289: Auch ohne PCM-Platten wird die Zuluft in der
PCM-Box gekühlt. Dieser Kühleffekt ist jedoch deutlich
schwächer ausgeprägt als der bei eingebauten PCM-Platten: Die Temperaturreduktion beträgt maximal 7K, die
Austrittstemperaturen liegen um 29°C. (Hinweis: die mittäglichen „Einbrüche“ der Eintrittstemperaturen resultieren aus
der reduzierten Durchströmung während der Fensteröffnung
zwischen 12:00 und 13:00Uhr. (Details s. Fenstersteuerung,
Abs. 5.3)
Anteilige
Summenhäufigkeit
Anteilige
Summenhäufigkeit
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
10
15
20
25
30
35
Seite 126 von 161
b+tga
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 292: Am Tage ist trotz fehlender PCM-Platten eine Temperaturreduktion erkennbar: Die an der Fassade angesaugte
Luft ist z.T. über 10K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Beim Durchströmen des Lüftungselementes und der leeren
PCM-Box wird die Zuluft an Tagen mit hoher solarer Strahlungsintensität auf Temperaturen maximal 4K über denen an der
Wetterstation gekühlt. Bei sehr geringer solarer Einstrahlung entsprechen die Zulufttemperaturen denen an der Wetterstation. Nachts führen die Vorwärmung im Lüftungselement und die Auskühlung der PCM-Box bzw. des Bodens unter ihr
zur Erwärmung der Zuluft um 2 bis 5K.
der PCM-Box [Wh/h]
35
300
30
250
200
25
150
20
100
15
50
0
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
-50
-100
-150
10
35
15
Abb. 293: Die den gesamten Messzeitraum repräsentierende Darstellung zeigt, dass die leere PCM-Box die Luft um
maximal 6K abkühlt. Eine Begrenzung der Austrittstemperatur, wie sie während der Messung mit eingebauten PCMPlatten erkennbar war, findet jedoch nicht statt. Nachts wird
die Luft durch Wärmeeinträge aus dem Raum und kapazitive Effekte an der PCM-Box um bis zu 2K erwärmt.
20
25
Temperaturdifferenz
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 295: Die dem Raum zugeführte Luft wird im Lüftungselement durch Wärmeaustausch mit dem Raum und in der
PCM-Box durch Speichereffekte im Mittel um bis zu 11K
abgekühlt. Dabei korreliert die Stärke des Kühleffektes mit
der solaren Strahlungsintensität an der Fassade und der
damit verbundenen Aufheizung der angesaugten Luft.
35
Abb. 294: Durch die bei der Erwärmung der PCM-Box und
des darunter liegenden Bodens absorbierte thermische
Energie wird am wird am Tage, trotz fehlender PCM-Platten,
eine Kühlleistung von 65Wh/h, bei sehr hohen Eintrittstemperaturen sogar von bis zu 90Wh/h erreicht. In der Nacht
führt der etwa 3,5 mal höhere Volumenstrom zur schnellen
Auskühlung der am Tage erwärmten Speicher und damit zu
(anfänglich) hohen „Heizleistungen“ von bis zu 110Wh/h.
Temperaturdifferenz
R2 = 0,7483
30
R2 = 0,3341
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 296: Die Kühleffekte im Lüftungselement und der
nachgeschalteten PCM-Box sind stark genug, um die mittlere Zulufttemperatur bis zu einer solaren Einstrahlung von
650W/m² unter der Temperatur der ebenfalls durch solare
Einträge erwärmten Raumluft zu halten.
Seite 127 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
14
12
10
8
6
R2 = 0,0102
4
2
0
-2
-4
-6
-8
0
100
200
300
400
500
600
700
Abb. 297: Die Austrittstemperaturen der leeren PCM-Box liegen
nahezu unabhängig von der sola800 ren Einstrahlung im Mittel etwa 5K
über den Lufttemperaturen an der
Wetterstation.
Witterung:
Im Messzeitraum traten nur an 8 der 29 Tage solare Wärmeeinträge über 4kWh/d auf. Die Umgebungstemperaturen stiegen nur
an 3 Messtagen über 25°C und blieben stets unter 30°C. Das
Wetter war somit für die Untersuchung sommerlicher Effekte nur
bedingt geeignet.
Mikroklima:
Bei Windgeschwindigkeiten um 1,5m/s und 700W Globalstrahlung waren die Umgebungstemperaturen an der BTGA-Box zwischen 2 und 2,5K höher als an der Wetterstation. Dies entspricht
den Beobachtungen bei anderen Messungen.
Kühlung mittels PCM-Box:
Die Luft wurde trotz fehlender PCM-Platten beim Durchströmen
der PCM-Box um bis zu 6K abgekühlt (vgl. Abb. 293). Der etwas
größere Kühleffekt gegenüber der Messung bei unverkleideter
Fassade und leerer PCM-Box resultiert aus den, von der dunklen
Fassadenverkleidung verursachten, höheren Eintrittstemperaturen und der damit verbundenen größeren Temperaturdifferenz
zwischen dem Zuluftstrom und den Bauteiloberflächen in der
PCM-Box. (Weitere Details zur Kühlwirkung der PCM-Box ohne
PCM-Platten: s. Abs. „Unteres Lüftungselement + leere PCMBox“)
Fassadendurchtritt:
Bei geringer solarer Einstrahlung und damit niedrigen Ansaugtemperaturen wird die Luft beim Durchströmen des Lüftungselementes und der PCM-Box im Mittel um bis zu 4K erwärmt. Mit
zunehmender Einstrahlung reduziert sich die Zulufterwärmung,
bis, ab einer Strahlungsintensität von 200W/m², ein wachsender
Kühleffekt auftritt. Dieser, aus der Vorkühlung im LüftungseleSeite 128 von 161
b+tga
ment und der anschließenden Kühlung durch kapazitive Effekte
in der leeren PCM-Box resultierende, Effekt führt bei einer solaren Strahlungsintensität von 700W/m² zu einer mittleren Kühlung
der Zuluft um 10,5K. (Vgl. Abb. 295).
Die im Zuluftweg auftretenden Kühleffekte sind nicht groß genug,
um die fassadenseitige Erwärmung der angesaugten Luft und
das wärme Mikroklima an der BTGA-Box zu kompensieren. Dadurch lag die mittlere Zulufttemperatur, nahezu unabhängig von
der Solarstrahlungsintensität, etwa 5K über der Umgebungstemperatur.
Seite 129 von 161
b+tga
Zusammenfassung
Mikroklima im Umfeld der BTGA-Box
TWetterstation - TNordseite [K]
Lufttemperaturen bei Nacht
TNordseite [°C]
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
40
35
R2 = 0,4013
30
R2 = 0,1064
25
R2 = 0,0261
20
15
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 298: Wind- und Solarstrahlungseinflüsse auf die Umgebungstemperaturen an der BTGA-Box; dargestellt sind
die Messwerte aus den Jahren 2007 bis 2009, jeweils aus
den Monaten Juni bis August: Bei geringer solarer Strahlungsintensität liegen die Umgebungstemperaturen am
Messraum etwa 0,5K über denen an der Wetterstation.
Hohe Windgeschwindigkeiten (vWind > 4m/s) führen zu identischen Temperaturen an beiden Messstellen. Mit zunehmender Einstrahlung erwärmt sich die Umgebung des
Messraums, je nach Windgeschwindigkeit, um 1 bis 2K
stärker als die Luft an der Wetterstation.
10
Windgeschw.: v < 1,0 m/s
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abb. 299: Nächtliche Umgebungstemperaturen am Messraum in Relation zu den Lufttemperaturen an der Wetterstation. Im Mittel sind die Temperaturen am Messraum
geringfügig höher. Windeinflüsse sind nicht zu erkennen.
Bei starker solarer Einstrahlung erwärmte sich die Umgebung der
BTGA-Box im Mittel 1K bis 2K stärker als der Dachbereich um die Wetterstation. Ursache hierfür ist die stärke Absorption von Solarstrahlung in
der Umgebung des Messraums sowie geringere Auskühlung bei Wind
durch die geschützte Lage zwischen hohen Nachbargebäuden. Die
exponierte Lage der Wetterstation führt, insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten, zum raschen Abtransport der an der besonnten
Dachhaut erwärmten Luft. In Folge dessen vergrößert sich der Temperaturunterschied zusätzlich.
Nachts kühlt der Dachbereich auf Grund geringer Wärmekapazitäten
und starker Wärmeabstrahlung in klaren Nächten bzw. durch konvektive
Wärmeabgabe bei Wind stark aus. Im Umfeld der BTGA-Box wird die in
(vertikalen) Wänden gespeichert Wärme hauptsächlich konvektiv an die
Umgebungsluft abgegeben. Dies führt in Verbindung mit der windgeschützten Lage zu 1K bis 1,5K höheren Umgebungstemperaturen in
diesem Bereich.
Seite 130 von 161
b+tga
TGrenzschicht, 4cm - TWetterstation [K]
TGrenzschicht, 4cm - TWetterstation [K]
14
14
12
12
10
10
8
8
R² = 0,6933
R² = 0,7992 R² = 0,6326
6
6
R² = 0,8569
R² = 0,5988
4
R² = 0,6841
4
R² = 0,805
R² = 0,7639
2
2
0
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft oben
Zuluft unten
Zuluft unten + schwarze Brüstung
Zuluft unten + weiße Brüstung
800
Abb. 300: Einfluss der Solarstrahlung und Fassadenkonfiguration auf die mittlere Grenzschichterwärmung (gemessen
4cm vor der Fassadenoberfläche) bei Windgeschwindigkeiten unter 2m/s (gemessen an der Wetterstation).
0
100
200
300
400
500
600
700
Zuluft oben
Zuluft unten
Zuluft unten + schwarze Brüstung
Zuluft unten + weiße Brüstung
800
Abb. 301: Wie Abb. 300, jedoch bei Windgeschwindigkeiten
zwischen 2 und 4m/s. Die vermeintlich stärkere Erwärmung
der Fassadengrenzschicht ist auf den windbedingten Abtransport warmer Luft aus der Umgebung der Wetterstation
zurückzuführen.
Die geringen Unterschiede zwischen den Fassadenkonfigurationen
bezüglich der Grenzschichterwärmung (maximal 3K bei 500W/m² solarer
Einstrahlung) sind maßgeblich auf die kleine Fassadenfläche zurückzuführen. Die Messergebnisse sind deshalb nur qualitativ auf größere Fassaden übertragbar.
Erwartungsgemäß ist die Erwärmung der Grenzschicht an den weißen
Faserzementplatten am geringsten. An den schwarzen Faserzementplatten erwärmt sie sich etwa doppelt so stark. Die starke Erwärmung an
den Vakuumdämmpaneelen („Zuluft unten“) ist auf die Ausbildung von
„Warmluftpolstern“ an den zurückgesetzten Paneelen zurückzuführen.
Diese konnten sich auf Grund der glatten Fassadenstruktur bei Einsatz
der Faserzementplatten nicht ausbilden.
Die geringere Erwärmung der Fassadengrenzschicht am oberen
Lüftungselement ist auf Windeinflüsse an der nur etwa 10m² großen
Messfassade zurückzuführen. An größeren Fassadenflächen würde die
Vorwärmung im unteren Bereich zu höheren Grenzschichttemperaturen
in darüberliegenden Bereichen führen.
Seite 131 von 161
b+tga
Fassadendurchtritt
Temperaturdifferenz
Zuluft oben
Zuluft unten
Zuluft unten+schwarze Brüstung
Zuluft unten+weiße Brüstung
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
R² = 0,5527
R² = 0,2305
R² = 0,5822
R² = 0,6223
0
100
200
300
400
500
600
700
Abb. 302: Mittlere Temperaturänderungen der Zuluft beim Durch800 strömen des Lüftungselementes
als Funktion der solaren Einstrahlung an der Fassade.
Die Temperaturänderungen beim Durchströmen des Lüftungselementes
korrelieren mit der Differenz von Ansaug- zu Raumtemperatur. Bei sehr
hohen bzw. sehr niedrigen Ansaugtemperaturen führen große Temperaturdifferenzen an den gut wärmeleitenden und gut an die Raumtemperatur angekoppelten Lüftungselementen zu hohen Wärmeströmen.
Dementsprechend wird die Zuluft bei Einsatz der schwarzen Fassadenverkleidung bei hohen solaren Lasten am stärksten gekühlt, während bei
der Ansaugung durch das obere, nur schwach von der Solarstrahlung
beeinflusste, Lüftungselement, lediglich sehr geringe Temperaturänderungen gemessen wurden.
Seite 132 von 161
b+tga
Temperaturdifferenz
Zuluft oben
Zuluft unten
Zuluft unten+schwarze Brüstung
Zuluft unten+weiße Brüstung
Temperaturdifferenz
14
14
PCM-Box, leer
dunkle Brüstungsverkleidung + PCM-Box, 15 PCM-Platten
dunkle Brüstungsverkleidung + PCM-Box, leer
12
12
R² =
10
10
R² =
8
8
R² =
6
6
R² =
4
4
2
2
0
0
-2
-2
-4
-4
-6
-6
-8
-8
R² =
R² =
R² =
R² =
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 303: Mittlerer Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation: trotz Kühleffekten im Lüftungselement ist die Zuluft zwischen 3 und
9,5K wärmer als die Umgebungsluft.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Abb. 304: Mittlerer Temperaturzuwachs der Zuluft gegenüber der Umgebungsluft an der Wetterstation bei eingebauter PCM-Box: ist die PCM-Box mit 15 PCM-Platten bestückt, zeigt sich bei zunehmender Einstrahlung und steigenden Umgebungstemperaturen eine wachsende Kühlwirkung. Werden die PCM-Platten entnommen, ist die Zuluft
etwa 5K wärmer als die Luft an der Wetterstation.
Ohne PCM-Box ist die Zuluft, trotz Kühleffekten im Lüftungselement, je
nach Fassadenkonfiguration und Strahlungsintensität zwischen 3K und
9,5K wärmer als die Luft an der Wetterstation. Zurückzuführen ist dieser
Temperaturunterschied auf das wärme Mikroklima im Umfeld des Messraums und die Erwärmung der angesaugten Luft an der Fassadenoberfläche bzw. im besonnten Lüftungselement. Es zeigt sich eine deutliche
Korrelation zwischen dem Temperaturzuwachs der Zuluft und der solaren Einstrahlung an der Fassade.
Wird die Zuluft durch die leere PCM-Box geleitet ist eine Nivellierung
des Temperaturunterschiedes bei ca. 5K zu beobachten. Dabei erhöht
sich der Temperaturunterschied bei geringer Einstrahlung leicht und
reduziert sich bei hohen Strahlungsintensitäten um bis zu 4K.
Nach Einbau von 15 PCM-Platten wird die Zuluft stark gekühlt. Dabei
wird sowohl das wärmere Mikroklima als auch der Temperaturzuwachs
aus der Grenzschichterwärmung kompensiert. Darüber hinaus kühlen
die PCM-Platten die Zuluft 3K bis 4K unter die Temperaturen an der
Wetterstation.
Seite 133 von 161
b+tga
6 Analyse der Messergebnisse mittels
Thermischer Gebäudesimulation
Mit Hilfe von thermischen Simulationen wurden Auswirkungen unterschiedlicher Wetterdatensätze für den Standort Wuppertal und Einflüsse
verschiedener Luftansaugkonfigurationen auf die Innentemperaturen
bzw. den Energiebedarf eines süd-orientierten Büroraums verglichen.
Dazu wurde, basierend auf den Untersuchungen am Messraum „BTGABox“, ein Simulationsmodell entwickelt und mit Hilfe gemessener Daten
validiert.
Für die vergleichenden Simulationen wurden empirische Formeln zur
Berechnung der Ansaug- und Zulufttemperaturen in Abhängigkeit
folgender Parameter hergeleitet:
- Solare Einstrahlung an der Fassade
- Windgeschwindigkeit
- Umgebungslufttemperatur
- Raumlufttemperatur
Daraus ergaben sich 3 Raummodelle, die jeweils mit Wetterdaten aus
folgenden Quellen berechnet wurden:
- Lokale Wetterstation
- Deutscher Wetterdienst (DWD)
- MeteoNorm-Software
Die resultierenden Raumtemperaturen sowie der Heiz- und Kühlenergiebedarf wurden, jeweils mit und ohne Nachtlüftungsbetrieb, in einer
anschließenden Analyse verglichen.
6.1 Simulations-Modell „BTGA-Box“
Das Messgebäude „BTGA-Box“ wurde als 2-Zonen-Modell in der Gebäude- und Anlagensimulationssoftware TRNSYS (Vers. 16.1) abgebildet. Die Simulationen erstrecken sich jeweils über ein Jahr, beginnend
am 1. Januar. So befand sich das Simulationsmodell in den hier besonders interessierenden Sommermonaten im eingeschwungenen Zustand.
Zur detaillierten Abbildung des Regelverhaltens der technischen Anlagen wurden die Simulationen mit Zeitschrittweiten von 1 Min durchgeführt.
6.1.1 Konstruktion und Bauteile
Die Geometrie des Baukörpers wurde aufgemessen und alle Flächen
detailliert in das Simulations-Modell übertragen.
Weil sich der kleine, fensterlose und nur mit einer nicht gedichteten
Blechaußentür versehene Vorraum stark bezüglich Luftwechselraten,
Wärmedämmeigenschaften und Energieeinträgen vom Messraum unterscheidet, wurden Vor- und Messraum als separate Zonen angelegt.
Wärmeströme zwischen den Zonen durch die Innenwand werden berechnet. Interzonale Wärmebrücken an Boden und Decke wurden über
zusätzliche Austauschflächen angenähert.
Nachfolgend sind Details zum Aufbau der raumumschließenden Bauteile
dargestellt.
Seite 134 von 161
b+tga
Pfosten-Riegel-Fassade
Die sich bzgl. U-Wert und Absorptionsgrad stark unterscheidenden Fassadenkomponenten wurden separat abgebildet. So ließen sich Fassaden-Variationen leicht erstellen und die Verschattungswirkung eines
vorgehängten Jalousiekastens detailliert berücksichtigen. Details der
Fassadenkonstruktion sind folgender Tabelle zu entnehmen:
Tab. 4: Komponenten der Pfosten-Riegel-Fassade
Bauteil
Fläche
[ m² ]
U-Wert
[ W/(m² K) ]
Länge
[m]
Psi-Wert
[ W/(m K) ]
AluminiumFassadenfprofile
1,35
1,6
Verglasung
(g-Wert = 42%)
4,85
1,1
15,26
0,12
Fensterrahmen
0,93
1,5
10,19
0,027
Vakuum-DämmPaneele
2,70
0,23
16,96
0,19
Lüftungselemente
0,30
0,25
6,55
0,19
Abb. 305: Fassade der BTGABox
Mittlerer U-Wert der Pfosten-Riegel-Fassade: 1,6 W/(m² K)
Abbildung eines durchströmten Lüftungselementes
Detaillierte Analysen haben gezeigt, dass etwa 90% des Wärmestroms zwischen Raum und Lüftungselement bzw. dessen angrenzenden gut wärmeleitenden Aluminium-Profilen in die Temperierung der Zuluft fließt. Dieser „Wärme- bzw. Kälterückgewinnungseffekt“ ist auf Grund der ungünstigen U-Werte in diesem
Fassadenbereich so stark, dass er im Simulationsmodell berücksichtig wurde.
Raumwärme
AussenluftAnsaugung
Raumwärme
Abb. 306: Beim Ansaugen kalter
Außenluft kühlt sich das Zuluftelement auf Grund des hohen konvektiven Wärmeübergangs im
Inneren ab. Sinkt seine Oberflächentemperatur unter die Raumtemperatur, so wird Wärme aus
dem Raum über Konvektion und
langwellige Strahlung an das Lüftungselement übertragen. Zusätzlich führen die angrenzenden, hoch
wärmeleitenden Aluminium-Profile
einen Großteil der von ihnen absorbierten Wärme dem Lüftungselement zu. Grund ist der geringe
Wärmeleitwiderstand zum Lüftungselement und der deutlich
größere zum Außenraum (wärmeisolierte Klemmleiste). Ist die Ansaugtemperatur höher als die
Raumtemperatur kehrt sich der
Wärmestrom um.
Seite 135 von 161
b+tga
Das Lüftungselement wurde mit den vom Hersteller angegebenen Wärmeleiteigenschaften im nicht durchströmten Zustand in
das Raummodell integriert. Weil sich Wärmeleitwiderstände im
Simulationsverlauf in TRNSYS nicht ändern lassen, wurde bei
aktiver Lüftung 90% des Transmissionswärmestroms dem Raum
im nachfolgenden Zeitschritt wieder zugeführt. Die Aufteilung in
Konvektiv- und Strahlungsanteil wurden dabei von der Absorption im vorausgehenden Zeitschritt übernommen.
Im nicht durchströmten Zustand wird der Transmissionswärmestrom nach außen abgeführt.
Massive Hüllflächen-Bauteile
Tab. 5: Aufbau der raumumschließenden Bauteile der BTGA-Box
Bauteil
Aufbau
Schematisch
Bauteile
U-Wert
[W/m²K]
Außenwand
Gipskartonplatte
EPS-Innendämmung
Stahlbeton-Fertigteil
WDVS (WLG 032)
Außenputz
1,0cm
4,5cm
12,0cm
16,0cm
1,5cm
0,15
Bodenplatte
Zement-Estrich,
1,0cm
Stahlbeton-Fertigteil 12,0cm
EPS-Dämmung (WLG 045),
Dicke:
70,0cm
0,06
Dach
EPS-Gefälledämmung,
mittlere Dicke:
16,0cm
0,21
Innenwand
Gipskartonplatte
1,0cm
EPS-Innendämmung 4,5cm
0,18
Innentür
Brandschutztür
4,3cm
1,9
Außentür
Blechtür, Blechdicke
0,2cm
5,9
Seite 136 von 161
b+tga
6.1.2 Berechnung der Wärmeübergangskoeffizienten
Äußere Wärmeübergangskoeffizienten
Die äußeren konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten wurden
gemäß DIN EN ISO 6946 [38] nach folgender Formel berechnet:
hce  mW²K  4  4  vWind  ms
Gl. 1
Formelzeichen und Einheiten:
hce : konvektiver Wärmeübergang in W/m²
vWind
: Windgeschwindigkeit in m/s
Windgeschwindigkeiten
Weil keine Windgeschwindigkeitsmessdaten von der BTGA-Box
vorlagen, wurde auf Daten einer wesentlich höher (auf dem Dach
eines 4-etagigen Nachbargebäudes) gelegenen und damit stärker windangeströmten Wetterstation zurückgegriffen. Durch Reduktion der dort gemessenen Windgeschwindigkeiten um einen
bei Kurzzeitmessungen ermittelten Faktor von 1/3 wurde die
Windverschattung des Messraums durch Nachbargebäude berücksichtigt.
Innere Wärmeübergangskoeffizienten
Die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten an Innenoberflächen wurden mittels eines TRNSYS-Moduls (Type 80) für freie
Konvektion näherungsweise nach folgenden Formeln berechnet
[39]:
Tab. 6: Formel für die Berechnung der konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten an
innenliegenden Bauteiloberflächen in W/(m² K).
TOberfläche  TLuft
TOberfläche  TLuft
Bauteil
Boden:
2,11  TOberfläche  TLuft 
Decke:
0, 31
0, 25
0, 25
0, 31
0, 25
Wand:
Treten fremdinduzierte Luftbewegungen in einer Oberflächen-Grenzschicht auf (erzwungene Konvektion) erhöht sich der konvektive Wärmeübergang gegenüber freier Konvektion. Weil Raumluftbewegungen im
Messraum primär durch die Lüftungsanlage induziert wurden, wurden
die nach Tab. 6 berechneten Wärmeübergangskoeffizienten in Abhängigkeit des Abluftvolumenstroms mit folgenden, in den Validierungssimulationen gefundenen, Faktoren multipliziert:
Lüftung aus: 1
Taglüftung:
1,25
Nachtlüftung: 1,8
Seite 137 von 161
b+tga
Diese Faktoren berücksichtigen neben den beim Betrieb der Lüftungsanlage insgesamt erhöhten Luftgeschwindigkeiten im Raum vor allem
die verstärke Anströmung des Bodens im Bereich des Zuluftauslasses.
Weil lokal erhöhte Wärmeübergänge in TRNSYS schlecht abbildbar
sind, wurden sie mittels der o.g. Faktoren auf alle thermischen Speichermassen im Raum gleichmäßig verteilt.
6.1.3 Berechnung der Zulufttemperaturen
Für die Fassadenkonfiguration mit der größten und der kleinsten Beeinflussung der Ansaugtemperaturen durch solare Einstrahlung wurden
empirisch Formeln für die Berechnung der Zulufttemperaturen während
der Taglüftung abgeleitet. Die Berechnung erfolgt in 2 Schritten: Zuerst
wird aus der Umgebungstemperatur unter Berücksichtigung der solaren
Einstrahlung, der Windgeschwindigkeit und der Fassadenkonfiguration
die Ansaugtemperatur berechnet. Im zweiten Schritt wird aus dieser in
Abhängigkeit vom Lüftungsvolumenstrom und der Temperaturdifferenz
zur Raumluft die Zulufttemperatur errechnet.
Ansaugtemperatur im Taglüftungsbetrieb:
Luftansaugung oberhalb der mit schwarzen Faserzementplatten
verkleideten Brüstung:
14
R² = 0,9168
R² = 0,9206
R² = 0,9466
12
10
8
6
4
Windgeschw.: 0 - 1m/s
2
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Abb. 307: Korrelation des Temperaturzuwachses an der Ansaugöffnung mit der solaren Einstrahlung
für 3 Windgeschwindigkeitsklassen.
Formel zur Berechnung der Ansaugtemperatur:
T S , vW    0,0008  vW  0,0156  S  0,122  vW  0,67
TAnsaug  TUmgeb  T
Gl. 2
T : Differenz aus Ansaug- und Umgebungstemp. in K
: Gesamtstrahlung an der Fassade in W/m²
S
vW
: Windgeschwindigkeit in m/s
TAnsaug : Ansaugtemperatur in °C
TUmgeb : Temperatur der Umgebungsluft in °C
Seite 138 von 161
b+tga
Luftansaugung oberhalb des Mittelfensters im Verschattungsbereich eines Jalousiekastens:
14
12
10
8
6
4
R² = 0,3596
2
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Abb. 308: Korrelation des Temperaturzuwachses an der Ansaugöffnung mit der solaren Einstrahlung.
Eine Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit war auf Grund der
geringen Temperaturzuwächse
nicht erkennbar.
Formel zur Berechnung der Ansaugtemperatur:
T S   0,0019  S  0,44
TAnsaug  TUmgeb  T
Gl. 3
T : Differenz aus Ansaug- und Umgebungstemp. in K
: Gesamtstrahlung an der Fassade in W/m²
S
TUmgeb : Temperatur der Umgebungsluft in °C
Hinweis: auf Grund der geringen Temperaturunterschiede zur
Umgebungsluft war keine Abhängigkeit des Temperaturzuwachses von der Windgeschwindigkeit erkennbar.
Ansaugtemperatur im Nachtlüftungsbetrieb:
Wie sich bei Messungen gezeigt hat, entspricht nachts bei hohen
Volumenströmen die Ansaugtemperatur der Umgebungstemperatur. Dieses Temperaturverhalten wurde in das Simulationsmodell übernommen.
Seite 139 von 161
b+tga
Zulufttemperatur beim Betrieb der Lüftungsanlage:
Temperaturdifferenz
TZuluft - TAnsaug. [K]
Temperaturdifferenz
TZuluft - TAnsaug. [K]
10
10
9
9
R² = 0,9873
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
R² = 0,9303
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
20
2
4
Temperaturdifferenz TRaumluft - TAnsaug. [K]
6
8
10
12
14
16
18
20
Temperaturdifferenz TRaumluft - TAnsaug. [K]
Abb. 309: Änderung der Lufttemperatur beim Durchströmen
des Lüftungselementes bei Taglüftung.
Abb. 310: Änderung der Lufttemperatur beim Durchströmen
des Lüftungselementes bei Nachtlüftung.
Formel zur Berechnung der Zulufttemperatur:
T TRL , TAnsaug,VLE   TRL  TAnsaug  e0, 2109VLE
 0 , 3834
Gl. 4
TZul  TAnsaug  T
T : Temperaturänderung der Luft im Zuluftelement in K
: Temperatur der Raumluft in °C
TRL
: Volumenstrom des Lüftungselementes in m³/h
V
LE
TZul
: Zulufttemperatur in °C
Zulufttemperatur bei abgeschalteter Lüftungsanlage
Bei abgeschalteter Lüftung wurden die Umgebungstemperaturen
als Zulufttemperaturen angesetzt. Eine genauere Betrachtung ist
auf Grund der geringen Volumenströme nicht erforderlich und auf
Grund der undefinierten Strömungsrichtungen während der Messungen auch nicht möglich.
Zulufttemperatur ohne Berücksichtigung der Fassadeneinflüsse
Zur Analyse des Einflusses der Fassadenkonfiguration auf das
thermische Raumverhalten bzw. der Relevanz einer detaillierten
Abbildung der Fassadeneffekte, wurden zu Vergleichszwecken
Simulationen ohne die zuvor dargestellten Detaillierungen durchgeführt. Bei diesen entsprachen die Zulufttemperaturen durchgängig den Umgebungstemperaturen.
Seite 140 von 161
b+tga
6.1.4 Technische Anlagen und deren Steuerung
Im Folgenden sind die Steuerungsvorgaben für die technischen Anlagen
dargestellt.
Lüftung:
Volumenströme:
Während der Messkampagnen wurde die Abluftgeschwindigkeit
permanent gemessen. Aus Daten mehrer Kurzzeitmessungen
mit einer am Abluftventil aufgesetzten Volumenstrom-Messhaube
wurde folgender Zusammenhang zwischen Abluftgeschwindigkeit
und Abluftvolumenstrom ermittelt:
2
VAbl  1,51  vAbl
 21,94  vAbl
Gl. 5
VAbl : Abluftvolumenstrom in m³/h
v Abl
: Abluftgeschwindigkeit in m/s
Weil die Schwankungen der Abluftgeschwindigkeiten nicht mit
den an der Wetterstation gemessenen Windgeschwindigkeiten
korrelierten, konnten Windeinflüsse auf den Lüftungsvolumenstrom nicht durch eine Formel abgebildet werden.
Deshalb wurden die bei geschlossenen Fenstern gemessenen
Abluftgeschwindigkeiten gemittelt und die daraus nach Gl. 5
errechneten Volumenströme angesetzt:
Taglüftung:
40 m³/h
Nachtlüftung:
140 m³/h
Abgeschaltete Lüftung:
4 m³/h
Steuerung:
Die Betriebszustände der Lüftung werden folgendermaßen
gesteuert:
Taglüftung:
täglich zwischen 8:00 und 18:00Uhr
Volumenstrom: 40 m³/h
Nachtlüftung:
täglich zwischen 18:00 und 8:00Uhr,
Einschaltbedingungen:
- Raumlufttemp. – Umgebungstemp. > 3 K
- Raumlufttemperatur ≥ 22 °C
Ausschaltbedingungen:
- Raumlufttemp. – Umgebungstemp. ≤ 2 K
- Raumlufttemperatur ≤ 20 °C
Keine Lüftung: von 18:00 bis 8:00Uhr, wenn die Einschaltbedingungen der Nachtlüftung nicht erfüllt
sind.
Seite 141 von 161
b+tga
Zulufttemperaturen:
Für die Berechnung der Zulufttemperaturen wurden die in Abs.
6.1.3 beschriebenen Verfahren eingesetzt.
Fensteröffnung:
Die Öffnung der Kippfenster erfolgte in den Validierungsrechnungen, in Anlehnung an die Fenstersteuerung während der
messtechnischen Untersuchungen, täglich zwischen 8:00 und
8:30Uhr bzw. 12:00 und 13:00Uhr. Zur realistischeren Abbildung
eines Nutzerverhaltens wurde die zuvor genannte Zeitsteuerung
in den vergleichenden Simulationen nur bei Umgebungstemperaturen über 15°C aktiv.
Die Bedingungen bei geöffneten Kippfenstern wurden folgendermaßen angenähert:
Abluft-Volumenstrom:
Bei geöffneten Fenstern wurde ein um 10% erhöhter Abluftvolumenstrom angesetzt. Diese aus Messungen abgeleitete
Volumenstromzunahme resultiert aus dem geringeren Strömungswiderstand der geöffneten Fenster.
Fenster-Volumenstrom:
Die Formeln zur Abschätzung des durch Wind und thermische
Dichteunterschiede hervorgerufenen Fensterluftwechsels wurden
aus [37] übernommenen.
Zulufttemperatur:
Während der Fensteröffnungszeiten wurde die Umgebungstemperatur als Zulufttemperatur angesetzt.
Interne Wärmequellen:
Zur Abbildung innerer Lasten während der Arbeitszeit wurde der
Büroraum wochentags in der Zeit von 8:00 bis 18:00Uhr mit
einem thermischen Energieeintrag von 240Wh/h (entspricht 16
W/m²) beaufschlagt.
Heizung:
Zur Begrenzung der Raumauskühlung in kalten Witterungsphasen bzw. zur Validierung des Simulationsmodells im Winterfall wurde ein im Messraum vorhandener Ölradiator mit folgenden Steuerungsparametern abgebildet.
Einschaltbedingung:
Ausschaltbedingung:
Heizleistung:
Raumlufttemperatur ≤ 19,5 °C
Raumlufttemperatur ≥ 20,5 °C
580W (entspricht ca. 40W/m²)
Sonnenschutz:
Es wurde, abgesehen von der Sonnenschutzverglasung (g-Wert:
42%), kein Sonnenschutzsystem abgebildet. Dadurch traten zum
einen die Einflüsse der Parameter in den vergleichenden Simulationen deutlicher hervor. Zum anderen war so eine bessere Vergleichbarkeit zu den Messergebnissen des Testraums gegeben.
Außerdem hätten ggf. Rückwirkungen des Sonneschutzsystem
berücksichtigt werden müssen (z.B. Ansaugtemperaturen hinter
einer heruntergefahrenen Jalousie), die messtechnisch nicht untersucht worden waren.
Seite 142 von 161
b+tga
6.1.5 Klimatische Randbedingungen
In der Praxis stehen meist keine Wetterdaten von einem konkreten Gebäudestandort zur Verfügung. Deshalb wird oft auf Daten nahegelegener Messstationen eines Wetterdienstes oder, wenn auch solche nicht
vorliegen, auf synthetische Daten einer Wetterdatenbank zurückgegriffen.
Um den Einfluss der verwendeten Wetterdaten zu untersuchen, wurden
vergleichende Simulationen mit folgenden Wetterdaten für den Standort
Wuppertal durchgeführt:
Lokale Wetterdaten:
Für das Jahr 2008 liegt ein nahezu vollständiger Satz minütlich
gemessener Daten einer lokalen Wetterstation auf dem Dach
eines 4-etagigen Universitätsgebäudes vor. Datenlücken (insgesamt 8 Tage) wurden mit Daten von der DWD-Messstation
Wuppertal (Temperaturdaten) bzw. von einer Wetterstation am
ca. 9 km entfernt gelegenen REB-Verwaltungsgebäude in
Remscheid (Wind- und Strahlungsdaten) ergänzt.
Sofern vorhanden wurden als Umgebungstemperaturen Messdaten eines strahlungsgeschützten Außentemperatursensors an
der Nord-Seite der BTGA-Box genutzt.
Wetterdaten vom Deutschen Wetterdienst:
Für das Jahr 2008 lagen von der DWD-Station Wuppertal im 10Minutenabstand gemessene Temperatur- und rel. LuftfeuchteDaten vor. Wind- und Strahlungsdaten wurden von der jeweils
nächst-gelegenen DWD-Station mit entsprechender Messeinrichtung bezogen. So stammen die Strahlungsdaten von der ca.
25km entfernt gelegenen Station Bochum und Winddaten von
der ca. 24km entfernten Station Essen.
MeteoNorm-Daten:
Mit Hilfe der Wetterdatenbank-Software MeteoNorm 5 wurden
stündliche Wetterdaten für den Standort Wuppertal generiert.
Diese basieren auf mehrjährigen Mittelwerten und können deshalb von den im Jahr 2008 gemessenen Daten stark abweichen.
Vergleich der Wetterdaten
Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Abweichungen zwischen den Wetterdaten für das Jahr 2008.
Tab. 7: Kennwerte der für die Simulationen genutzten Wetterdaten
Lufttemperatur
Datenquelle
Windgeschwindigkeit
Globalstrahlungsenergie
Diffusstrahlungsenergie
Jahresmittel
Abweichung zur
lokalen Wetterstation
Jahresmittel
Abweichung zur
Jahressumme
Abweichung zur
Jahressumme
Abweichung zur
[ °C ]
[K]
[ m/s ]
[%]
[ kWh{(m² a) ]
[%]
[ kWh{(m² a) ]
[%]
lokale
Wetterstation
11,58
0,00
1,65
0,0
986,67
0,0
556
0,0
DWD
Wetterstation
10,10
-1,48
3,07
85,9
1.009
2,3
556
-0,1
MeteoNorm
9,23
-2,35
3,49
111,2
949
-3,9
580
4,3
Seite 143 von 161
b+tga
6.1.6 Validierung
Vor den vergleichenden Simulationen wurde das Simulations-Modell mit
Hilfe von Wetter- und Messdaten aus dem Jahr 2008 validiert.
Dabei wurden folgende Randbedingungen zu Grunde gelegt:
Äußere Randbedingungen:
Wetterdaten:
Es wurden lokal gemessene Wetterdaten verwendet. (Details
sind Abs. 6.1.5 zu entnehmen.)
Solarstrahlung an der Süd-Fassade:
Für die solare Einstrahlung an der Süd-Fassade wurden Messdaten eines dort angebrachten Pyranometers verwendet. Die
solaren Strahlungsintensitäten an den restlichen Fassaden bzw.
fehlende Messdaten für die Süd-Fassade wurden durch Umrechnung von Horizontalstrahlungsdaten der Wetterstation generiert.
Innere Randbedingungen:
Fehlende Messdaten aus der BTGA-Box während Messpausen
und Umbauarbeiten wurden durch die in den Abschnitten 6.1.3
und 6.1.4 beschriebenen Rechenverfahren und Regelungskonzepte kompensiert.
Zulufttemperaturen:
Als Zulufttemperatur wurde die gemessene Austrittstemperatur
des Lüftungselementes oder, sofern eingebaut, der PCM-Box
verwendet. Die thermische Energie zur Temperierung der Zuluft
im Lüftungselement floss in die Energiebilanz des Raumes ein.
Abluftvolumenstrom:
Zur Berücksichtigung windinduzierter Schwankungen wurde der
Abluftvolumenstrom aus gemessenen Abluftgeschwindigkeiten
nach Gl. 5 errechnet.
Interne Wärmequellen:
Der Wärmeeintrag der bei den messtechnischen Untersuchungen als interne Wärmequellen dienenden Glühbirnen (Details s.
„Simulierte interne Wärmequellen“ in Abs. 5.3) wurde mit den in
Abs. 6.1.4 beschriebenen Parametern abgebildet.
Heizung:
Weil erst ab Ende August 2008, nach Umstellung der Heizungsregelung auf den Squirrel-Logger, detaillierte Messdaten zum
Betrieb der Heizung vorlagen, wurde die im Abs. 6.1.4 beschriebene Heizungsregelung benutzt.
Seite 144 von 161
b+tga
Analyse
Für die Validierung wurden nur Zeitbereiche berücksichtigt, für die sowohl lokale Wetterdaten als auch Messdaten der Anlagentechnik vorlagen. Weiterhin wurde die Analyse auf Phasen eingeschränkt, in denen
die PCM-Box leer oder nicht vorhanden war und die Heizung ausgeschaltet oder über den Squirrel-Logger angesteuert war.
Die folgenden Grafiken zeigen, dass Simulation und Messung in diesen
Zeitbereichen sehr gut übereinstimmen.
Lufttemperatur [ °C ]
Windgeschw. [ m/s ]
Solarstrahlung [ W/m² ]
Wärmeleistung [ W ]
30
900
25
750
20
600
15
450
10
300
5
150
0
08.09.2008
09.09.2008
Raumtemp.-TRNSYS
Zulufttemperatur
Heizleistung Heizkörper
10.09.2008
Raumtep.-Messung
Windgeschwindigkeit
innere Wärmelasten
11.09.2008
12.09.2008
Ablufttemp.-Messung
Volumenstrom-TRNSYS
Windgeschw. [ m/s ]
0
13.09.2008
Umgebungstemperatur
Gesamtstr.-Südfassade
30
900
25
750
20
600
15
450
10
300
5
150
0
02.09.2008
03.09.2008
Raumtemp.-TRNSYS
Zulufttemperatur
Abb. 311: Schön-Wetterphase im
September 2008: sowohl am Tage
bei starker solarer Einstrahlung
und Höchsttemperaturen zwischen
25 und 30°C als auch in der Nacht
bei laufender Nachtlüftung wird das
Raumverhalten in der Simulation
sehr exakt wiedergegeben. (Mittlere betragsmäßige Abweichung
zwischen simulierter und gemessener Raumtemperatur: 0,17K,
max. betragsmäßige Temperaturabweichung: 0,82K)
04.09.2008
Raumtep.-Messung
Windgeschwindigkeit
innere Wärmelasten
05.09.2008
06.09.2008
Ablufttemp.-Messung
Volumenstrom-TRNSYS
0
07.09.2008
Umgebungstemperatur
Abb. 312: Abklingverhalten der
Raumtemperatur nach dem Ende
einer Schön-Wetterphase: bei
meist bewölktem Himmel und
Tageshöchsttemperaturen um
20°C reduziert sich die mittlere
Tagestemperatur im Messraum
binnen 4 Tagen von 24,1°C auf
21,0°C. Auch dieses Temperaturverhalten wird in der Simulation
sehr exakt abgebildet: mittlere
betragsmäßige Abweichung im
dargestellten Zeitraum: 0,17K,
max. betragsmäßige Abweichung:
0,43K
Seite 145 von 161
b+tga
Windgeschw. [ m/s ]
30
900
25
750
20
600
15
450
10
300
5
150
0
09.10.2008
10.10.2008
Raumtemp.-TRNSYS
Zulufttemperatur
11.10.2008
Raumtep.-Messung
Windgeschwindigkeit
innere Wärmelasten
12.10.2008
13.10.2008
Ablufttemp.-Messung
Volumenstrom-TRNSYS
Windgeschw. [ m/s ]
0
14.10.2008
Umgebungstemperatur
30
900
25
750
20
600
15
450
10
300
5
150
0
24.12.2008
25.12.2008
Raumtemp.-TRNSYS
Zulufttemperatur
Abb. 313: Schön-Wetter-Periode
im Oktober 2008: auf Grund der
niedrigen Außentemperaturen ist
die Nachtlüftung nur noch selten in
Betrieb. Die starke Abweichung
zwischen der gemessenen Abluftund Raumtemperatur in den Mittagsstunden ist auf Strahlungseinflüsse durch die tief stehende Sonne am Raumtemperatur-Sensor
zurückzuführen. Deshalb dient hier
die Ablufttemperatur als Referenz:
mittlere betragsmäßige Abweichung zwischen simulierter Raumund gemessener Ablufttemperatur:
0,32K
26.12.2008
Raumtep.-Messung
Windgeschwindigkeit
innere Wärmelasten
27.12.2008
28.12.2008
Ablufttemp.-Messung
Volumenstrom-TRNSYS
0
29.12.2008
Umgebungstemperatur
Abb. 314: Heizbetrieb bei geringer
und starker solarer Einstrahlung:
Auf Grund der Temperaturschichtung weichen die gemessenen
Raumtemperaturen stark von den
Ablufttemperaturen ab. Die mittlere
betragsmäßig Abweichung zwischen gemessener und simulierter
Raumtemperatur beträgt 0,32K.
Seite 146 von 161
b+tga
6.2 Ergebnisse der Simulationen
Im Folgenden sind die Ergebnisse der vergleichenden Simulationen
dargestellt.
Zur Abbildung der thermischen Verhältnisse in einem Bürogebäude
wurden hier, anders als bei den Validierungsrechnungen, die Raumumschließungsflächen, abgesehen von der Süd-Fassade, als adiabat angenommen.
Bei der Ermittlung des Heiz- und Kühlenergiebedarfs waren Grenztemperaturen von 21°C und 26°C vorgegeben. Die Heiz- und Kühlleistung
war dabei nicht beschränkt.
Für die Ermittlung der sommerlichen Raumtemperaturen war keine aktive Kühlung vorhanden. Teilweise gab es einen Nachtlüftungsbetrieb
mit den in Abs. 6.1.4 dargestellten Steuerungsparametern. Ein zu starkes Auskühlen der thermischen Speichermassen in kalten Witterungsphasen wurde von dem in Abs. 6.1.4 beschrieben Heizkörper verhindert.
6.2.1 Einflüsse aus Wahl der Wetterdaten
Bei den im Folgenden dargestellten Ergebnissen fand die Außenluftansaugung stets am unteren Lüftungselement, unmittelbar oberhalb einer
schwarzen Fassadenverkleidung, statt. Die Berechnung der Ansaugtemperaturen erfolgte nach Gl. 2.
Sofern nicht anders angegeben, gab es einen Nachtlüftungsbetrieb mit
den in Abs. 6.1.4 beschriebenen Steuerungskriterien.
Einflüsse auf die Raumtemperaturen
RaumluftTemperatur [ °C ]
Wetterdaten: Haspel, mit Nachtlüftung
Wetterdaten: Haspel, ohne Nachtlüftung
Wetterdaten: DWD, mit Nachtlüftung
Wetterdaten: DWD, ohne Nachtlüftung
Wetterdaten: MeteoNorm, mit Nachtlüftung
Wetterdaten: MeteoNorm, ohne Nachtlüftung
34
32
30
28
26
+
24
22
20
18
25.06.08
26.06.08
27.06.08
28.06.08
29.06.08
30.06.08
Abb. 315: Zeitliche Verläufe simulierter Raumlufttemperaturen während einer Schönwetterphase: die unterschiedlichen
Wetterdaten für den Standort Wuppertal rufen signifikante Unterschiede in den Raumlufttemperaturen hervor: Die lokal
gemessen Wetterdaten führen dabei zu den höchsten Innentemperaturen. Trotz Nachtlüftungsbetrieb und großer thermischer Schwere des Raumes überschreiten die Höchsttemperaturen an jedem Tag des dargestellten Zeitabschnitts 26°C um
bis zu 3K. Ohne Nachtlüftung steigen die Raumlufttemperaturen bis auf 32°C. Bei Verwendung der DWD-Daten tritt nur
einmal eine kurzzeitige Überschreitung des in der Arbeitsstätten-Richtline 6 [30] empfohlenen Grenzwert von 26°C. Die
MeteoNorm-Daten prognostizieren für diesen Zeitabschnitt eine etwas kühlere Witterung, so dass die Raumlufttemperaturen
stets unter 25°C bleiben.
Die 2 mal pro Tag auftretenden „Einbrüche“ im Verlauf der Raumtemperaturen sind auf stark erhöhte Luftwechselraten bei
geöffneten Kippfenstern zurückzuführen (Details zur Steuerung s. Abs 6.1.4).
Seite 147 von 161
b+tga
Lufttemperaturen
im Raum [ °C ]
34
Wetterdaten: lokal
Wetterdaten: DWD
Wetterdaten: MeteoNorm
32
30
28
26
24
22
20
18
0
730
1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
Stunden im Jahr
Stunden
pro Jahr
1000
Wetterdaten: lokal
800
779
Wetterdaten: DWD
600
431
400
311
231
214
200
124
99
87
44
47
31
16
9
4
0
≥ 26
≥ 27
≥ 28
≥ 29
≥ 30
Lufttemperaturen im Raum [ °C ]
0
Abb. 316: Häufigkeitsverteilung
der Raumlufttemperaturen: Die
Verwendung der lokal gemessen
Wetterdaten bewirkt während der
Hälfte des Jahres deutlich erhöhte
Innentemperaturen. DWD- und
MeteoNorm-Daten führen zu
ähnlich niedrigeren Temperaturen.
Das identische thermische
Verhalten bei Temperaturen
unterhalb von 21°C ist auf den bei
kühler Witterung maßgebenden
Heizbetrieb zurückzuführen.
Abb. 317: Häufigkeiten hoher
Raumlufttemperaturen: die lokalen
Wetterdaten führen zu 2,5 mal
mehr Stunden mit Innentemperaturen über 26°C als die DWDDaten bzw. 3,4 mal mehr als die
MeteoNorm-Daten. Das insgesamt
ungewöhnlich hohe Raumtemperaturniveau wird auch durch den fehlenden Sonnenschutz hervorgerufen.
Weil jedoch die Solarenergieeinträge bei allen Wetterdatensätzen
nahezu identisch sind (vgl. Tab. 7),
lassen sich die aus den Ansaugbedingungen resultierenden relativen Abweichungen auf Räume mit
besserem Sonnenschutz übertragen.
Einflüsse auf den Energiebedarf
Energiebedarf
[ kWh/(m² a) ]
100
Wetterdaten: lokal
Wetterdaten: DWD
80
68,9
60
56,6
42,6
40
20
16,0
8,3
4,8
6,4
2,6
1,6
0
Heizen
Kühlen,
ohne Nachtlüftung
Jahresenergiebedarf [ kWh/a ]
Kühlen,
mit Nachtlüftung
Abb. 318: Heiz- und Kühlenergiebedarf in Abhängigkeit der Wetterdaten: das aus den lokal gemessenen Wetterdaten resultierende
warme Raumklima führt hier gegenüber den DWD-Daten zu einem
25% niedrigeren Heizenergiebedarf
und zu einem fast doppelt so
hohen Kühlenergiebedarf. Wie
zuvor gezeigt reicht die Nachtlüftung alleine nicht aus, die Lufttemperatur des unverschatteten
Büroraums konstant unter 26°C zu
halten, aber sie reduziert den
Kühlenergiebedarf um ca. 60%.
Seite 148 von 161
b+tga
6.2.2 Einflüsse der Ansaugkonfiguration
Den hier dargestellten Simulationsergebnissen liegen die lokal gemessenen Wetterdaten zu Grunde. Sofern nicht anders angegeben, gab es
einen Nachtlüftungsbetrieb mit den in Abs. 6.1.4 beschriebenen Steuerungskriterien.
Die Simulationen lieferten im Taglüftungsbetrieb folgende mittlere Differenzen zwischen den Ansaug- und Umgebungstemperaturen.
Tab. 8: Mittlerer Zuwachs der Ansaug- gegenüber der Umgebungstemperatur
bei Taglüftung
Ansaug-Konfiguration
TAnsaug, mittel – TUmgeb., mittel
Unteres Lüftungselement
3,0 K
Oberes Lüftungselement
0,8 K
Zulufttemp. = Umgebungstemp.
0K
Einflüsse auf die Raumtemperaturen
RaumluftTemperatur [ °C ]
unteres Lüftungselement, mit Nachtlüftung
oberes Lüftungselement, mit Nachtlüftung
Zulufttemp. = Umgebungstemp., mit Nachtlüftung
34
unteres Lüftungselement, ohne Nachtlüftung
oberes Lüftungselement, ohne Nachtlüftung
Wzulufttemp. = Umgebungstemp., ohne Nachtlüftung
32
30
28
26
+
24
22
20
18
25.06.08
26.06.08
27.06.08
28.06.08
29.06.08
30.06.08
Abb. 319: Zeitliche Verläufe simulierter Raumlufttemperaturen während einer Schönwetterphase: die unterschiedlichen Ansaugtemperaturen führen zu signifikanten Unterschieden bei den Raumlufttemperaturen: die Verwendung der Umgebungstemperatur als Zulufttemperatur bedingt gegenüber den berechneten Ansaugtemperaturen im Mittel etwa 1K niedrigere Innentemperaturen. Bei den nach Gl. 2 und Gl. 3 berechneten Ansaugtemperaturen unterscheiden sich die Raumtemperaturen im Mittel um 0,3K.
Ohne die zwischen 8:30 und 9:00Uhr bzw. 12:00 und 13:00Uhr stattfindende Fensteröffnung (zu erkennen an den „Einbrüchen“ im Verlauf der Raumtemperaturen) wäre die Abweichung größer. Findet kein Nachtlüftungsbetrieb statt ergeben sich
ähnliche Abweichungen zwischen den Innentemperaturen, jedoch auf einem 3,5K höheren Temperaturniveau.
Seite 149 von 161
b+tga
Lufttemperaturen
im Raum [ °C ]
34
unteres Lüftungselement
oberes Lüftungselement
32
30
28
26
24
22
20
18
0
730
1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
Stunden im Jahr
Abb. 320: Häufigkeitsverteilung
der Raumlufttemperaturen:
während sich die Innentemperaturen auf Basis berechneter
Ansaugtemperatur nur geringfügig
unterscheiden, sind sie unter
Verwendung der
Umgebungstemperatur als
Ansaugtemperatur deutlich niedriger. In kühlen Witterungsphasen,
wenn der Heizungseinfluss
dominiert, gleichen sich die
Temperaturen an.
Stunden
pro Jahr
1000
800
779
653
600
428
431
400
347
214
202
200
155
99
96
74
49
47
34
18
0
≥ 26
≥ 27
≥ 28
≥ 29
≥ 30
Lufttemperaturen im Raum [ °C ]
Abb. 321: Häufigkeiten hoher
Raumlufttemperaturen: bei
Ansaugung der Außenluft durch
das untere Lüftungselement treten
ca. 20% mehr Stunden mit
Innentemperaturen über 26°C auf
als bei Verwendung des oberen
Lüftungselementes bzw. 82% mehr
als beim Ansetzen der
Umgebungstemperatur als
Zulufttemperatur.
Einflüsse auf den Energiebedarf
Energiebedarf
[ kWh/(m² a) ]
100
80
60
55,1
42,6
44,0
40
20
16,0
13,9
11,6
6,4
5,0
3,6
0
Heizen
Kühlen,
ohne Nachtlüftung
Jahresenergiebedarf [ kWh/a ]
Kühlen,
mit Nachtlüftung
Abb. 322: Heiz- und Kühlenergiebedarf in Abhängigkeit der AnsaugKonfiguration: Die Vernachlässigung solarer Einflüsse auf die
Zulufttemperatur führt zu einem
etwa 25% größeren Heizenergiebedarf. Die Unterschiede zwischen
den beiden Lüftungselementen
sind vernachlässigbar gering. Der
Kühleenergiebedarf reagiert sensibel auf den solaren Energieeintrag
im Bereich der Luftansaugung.
Gegenüber der dem Ansetzten der
Umgebungstemperatur als Zulufttemperatur ergibt sich bei Verwendung des oberen, zeitweise verschatteten Lüftungselementes ein
Kühlenergiezuwachs von 20% und
bei beim unteren, durchgängig
besonnten Lüftungselement von
ca. 40%. Beim Betrieb der Nachtlüftung reduzieren sich der Kühlenergiebedarf, je nach Ansaugkonfiguration auf 30% bis 40%.
Seite 150 von 161
b+tga
6.3 Zusammenfassung
Die Auswertung der Simulationsergebnisse führte zu folgenden
Erkenntnissen:
Raumtemperatur
Die in Simulationen prognostizierte jährliche Überschreitungshäufigkeit der in [30] empfohlenen Grenztemperatur von 26°C
hängt insbesondere von der Wahl der Wetterdaten ab. Die Anzahl von Überhitzungsstunden variiert bei den hier verwendeten
Wetterdaten für den Standort Wuppertal je nach Luftansaugkonfiguration um den Faktor 3,4 bis 4 (vgl. Tab. 9).
Aus der Wahl der Ansaugkonfiguration resultieren etwa halb so
große Abweichungen:
Hier unterscheidet sich die Anzahl von Überhitzungsstunden zwischen der detaillierten Abbildung des besonnten, unteren Zuluftelementes und dem Ansetzen der Umgebungstemperatur als Zulufttemperatur, je nach Wetterdatensatz, um den Faktor 1,8 bis
2,2 (vgl. Tab. 9).
Die Vernachlässigung solarer Einflüsse auf die Zulufttemperatur
beim zuletzt genannten Ansatz hat gegenüber den anderen Ansaugkonfigurationen (außerhalb der Heizperiode) etwa 1K niedrigere Raumtemperatur zur Folge.
Tab. 9: Anzahl jährlicher Überhitzungsstunden bei Nachtlüftungsbetrieb.
Jährl. Stunden mit Raumlufttemp. ab 26 °C
lokale
Wetterstation
DWD
MeteoNorm
[-]
[-]
[-]
779
311
231
653
232
181
428
141
108
Heiz- & Kühlenergiebedarf
Sowohl der Heiz- als auch der Kühlenergiebedarf hängen stärker
von den zu Grunde gelegten Wetterdaten ab als von der Ansaugkonfiguration.
Der Heizenergiebedarf steigt bei der Verwendung von MeteoNorm-Daten gegenüber lokalen Messdaten unabhängig von der
Ansaugsituation um ca. 60%.
Der Einfluss der Wetterdaten auf den Kühlenergiebedarf ist noch
wesentlich größer.
Hier führen die lokal gemessenen Wetterdaten gegenüber den
DWD-Daten zu einem doppelt so hohen Kühlenergiebedarf. Bei
Verwendung der aus mehrjährigen Mittelwerten generierten
MeteoNorm-Daten, die keinen Bezug zum konkreten Wettergeschehen in 2008 haben, resultiert, je nach Ansaugkonfiguration,
ein 3,4 bis 4,1-fach höherer Kühlenergiebedarf.
Seite 151 von 161
b+tga
Aus der Wahl der Ansaugkonfiguration ergeben sich folgende
Unterschiede:
Der Heizenergiebedarf ist bei Außenluftansaugung durch eines
der beiden Lüftungselemente gegenüber dem Ansetzen der Umgebungs- als Zulufttemperatur etwa 20% niedriger.
Der Kühlenergiebedarf hängt in deutlich höherem Maße von der
Ansaugsituation ab:
Hier führt die Verwendung des oberen Lüftungselementes gegenüber dem Ansetzen der Umgebungstemperatur als Zulufttemperaturen zu einem 20% bis 40%-igen Kühlenergiezuwachs
bzw. die Verwendung des unteren Lüftungselementes zu einem
40% bis 70%-igen Zuwachs.
Die prozentuale Abweichung ist dabei umso größer, je niedriger
die im Wetterdatensatz hinterlegte mittlere Lufttemperatur ist.
Dass der Kühlenergiebedarf nicht linear mit dem mittleren Ansaugtemperaturzuwachs (vgl. Tab. 8) ansteigt ist hauptsächlich
auf die Dominanz solarer Energieeinträge durch die Fenster und
im geringeren Maße auf Transmissionswärmeströme durch die
Fassade zurückzuführen.
Auswirkungen auf den Heizenergiebedarf durch die passive
Durchströmung von Lüftungselementen außerhalb der Arbeitszeit
in Folge von Windanströmung und thermischem Auftrieb sind in
[23] analysiert. Außerdem wird das Energieeinsparpotential
durch zentral angesteuerte, verschließbare Nachströmöffnungen
erörtert.
Tab. 10: Heizenergiebedarf (Heizgrenztemperatur = 21°C)
Heizenergiebedarf
lokale
Wetterstation
DWD
MeteoNorm
[ kWh/(m² a) ] [ kWh/(m² a) ] [ kWh/(m² a) ]
42,6
56,6
68,9
44,0
58,1
70,7
55,1
71,2
86,2
Tab. 11: Kühlenergiebedarf ohne Nachtlüftungsbetrieb (Kühlgrenztemp.=26°C)
Kühlenergiebedarf - ohne Nachtlüftung
lokale
Wetterstation
DWD
MeteoNorm
16,0
8,3
4,8
13,9
6,7
4,0
11,6
5,0
2,8
Seite 152 von 161
b+tga
Nachtlüftung
Die Kühldeckungsrate der Nachtlüftung ist umso besser, je
niedriger die Zulufttemperaturen sind. Ursache hierfür ist zum
einen der geringere Wärmeeintrag am Tage und das größere
Kühlpotential in der Nacht.
Dementsprechend treten die wenigsten Überhitzungsstunden
bzw. der geringste Rest-Kühlenergiebedarf bei Verwendung der
MeteoNorm-Daten in Kombination mit der Umgebungstemperatur
als Zulufttemperatur auf. Die Ergebnisse dieser Simulation legen
nahe, dass ein Nachtlüftungsbetrieb genügt, um den Raum mit
gewissen Einschränkungen ausreichend kühl zu halten.
Werden DWD-Daten zu Grunde gelegt, erhöht sich die Anzahl
von Überhitzungsstunden um etwa 30%, der Rest-Kühlenergiebedarf steigt 40% bis 60%. Bei Verwendung lokal gemessener
Wetterdaten treten gegenüber den MeteoNorm-Daten 2,4 bis 3
mal mehr Überhitzungsstunden bzw. ein 3 bis 3,5 mal größerer
Rest-Kühlenergiebedarf auf.
Die Berücksichtigung solarer Einflüsse auf die Zulufttemperaturen erhöht die Raumtemperaturen ebenfalls, allerdings in
geringerem Maße als die Wahl lokaler Wetterdaten.
Die Verwendung des oberen Lüftungselementes vergrößert so, je
nach Wetterdatensatz, die Anzahl von Überhitzungsstunden um
50% bis 70% und den Rest-Kühlenergiebedarf um 38% bis 55%.
Die Benutzung des unteren Lüftungselementes führt zu 80% bis
120% mehr Überhitzungsstunden sowie einem Zuwachs des
Rest-Kühlenergiebedarfs zwischen 80% und 140%.
Entgegen dem Ergebnis der Simulation mit MeteoNorm-Daten
und unter Vernachlässigung solarer Zulufterwärmung zeigen die
Raumtemperaturdaten bei Verwendung lokaler Wetterdaten,
dass ohne Betrieb der Verschattung die Nachtlüftung alleine
nicht ausreicht, um die Raumtemperatur weitgehend unter 26°C
zu halten – insbesondere wenn die Außenluft am untern
Lüftungselement angesaugt wird.
Hinzu kommt, dass 2008 ein durchschnittlich warmes Jahr war
und somit in einem Extrem-Sommer noch wesentlich mehr Überhitzungsstunden zu erwarten sind.
Tab. 12: Kühlenergiebedarf mit Nachtlüftungsbetrieb (Kühlgrenztemp. = 26°C)
Kühlenergiebedarf - mit Nachtlüftung
lokale
Wetterstation
DWD
MeteoNorm
6,4
2,6
1,6
5,0
1,7
1,1
3,6
1,1
0,8
Seite 153 von 161
b+tga
Fazit
Die Wetterdaten beeinflussen die Ergebnisse thermischer Simulationen maßgeblich.
Weil sich die Strahlungsdaten der Wetterdatensätzen kaum unterscheiden (vgl. Tab. 7) und die Windgeschwindigkeiten für das
thermische Raumverhalten von untergeordneter Bedeutung sind,
kommt den Lufttemperaturen die größte Bedeutung zu. Bei Verwendung meteorologischer Daten sollten die Umgebungstemperaturen entsprechend der Bebauungsdichte im Gebäudeumfeld
bzw. mit der Entfernung vom Stadtrand (vgl. WärmeinselnProblematik in Abs. 3.1 bzw. Abb. 4) erhöht werden.
Bei Verwendung der Umgebungstemperatur als Zulufttemperatur
und damit der Vernachlässigung solarer Erwärmung der Zuluft
sind die simulierten Raumtemperaturen im Mittel 1K zu niedrig.
An Tagen mit hohen solaren Energieeinträgen treten insbesondere nachmittags deutlich höhere Abweichungen auf. Daher ist
die Abbildung solarer Einflüsse zu empfehlen. Hierzu können bei
ähnlichen Ansaugsituationen Gl. 2 und Gl. 3 benutzt werden. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich auf Grund der sehr
kleinen Fassadenfläche des Messraums nicht die gleichen
Grenzschichteffekte wie an einer üblichen Bürogebäudefassade
ausgebildet haben und dementsprechend in den Formeln auch
nicht berücksichtigt sind.
Bei der Überprüfung der Wirksamkeit eines Kühlsystems mittels
thermischer Simulationen ist besondere Sorgfalt bei der Wahl der
Wetterdaten bzw. der Abbildung von solaren Einflüssen auf die
Zulufttemperaturen geboten! Dies gilt insbesondere für passive
Kühlkonzepte, bei denen kaum Möglichkeiten bestehen, die
Kühlleistung nachträglich zu erhöhen.
Bei der Konzeption eines dezentralen Lüftungssystems ist,
insbesondere bei passiver Kühlung mittels Nachtlüftung, zudem
auf eine möglichst geringe solare Zulufterwärmung zu achten.
Durch konstruktive Ausgestaltung bzw. Anordnung der Zuluftelemente sollte sichergestellt sein, dass nicht am Tage, durch
Ansaugung solar erwärmter Luft, mehr thermische Energie in das
Gebäude eingetragen wird als während der Nachtlüftung abgeführt werden kann.
Konkrete Planungshinweise hierzu werden in Abs. 7.1 und Abs
7.2 gegeben.
Seite 154 von 161
b+tga
7 Fazit und Planungsempfehlungen
Aus den Untersuchungen lassen sich folgende Erkenntnisse bzw.
Planungsempfehlungen ableiten:
7.1 Lüftungselemente
Bezüglich der Anordnung und der konstruktiven Ausgestaltung konnten
bei den hier durchgeführten Untersuchungen folgende Erkenntnisse
gewonnen werden:
Anordnung der Ansaugöffnungen:
- Zur Vermeidung von solarer Erwärmung sollten Lüftungselemente in verschatteten Fassadenbereichen angeordnet werden.
Dazu hat sich die Positionierung hinter (KfW-Bank, SIC) bzw.
etwas unterhalb (BTGA-Box bei Luftansaugung durch das obere
Lüftungselement) von Jalousie-Kästen bewährt. Die bei der
BTGA-Box gewählte Anordnung etwas unterhalb eines Verschattungselementes hat bei süd-orientierten Fassaden den
Vorteil, dass bei niedrigen Sonnen-Zenitwinkeln (im Winter)
solare Wärmegewinne am Lüftungselement nutzbar sind.
- Es ist ferner darauf zu achten, dass die Verschattungselemente
(z.B. Jalousiekästen) einen gewissen Abstand zur Fassade aufweisen, so dass sie frei hinterströmt werden können. Ist eine
freie Umströmung der Ansaugbereiche nicht gewährleistet
(APO23) kann sich warme Luft anstauen und zu erhöhten Zulufttemperaturen führen.
- Eine Orientierung der Ansaugöffnungen nach Westen (vgl. REBGebäude) verzögert solare Einflüsse bis zum frühen Nachmittag,
so dass innerhalb der üblichen Büroarbeitszeiten nur geringe
Auswirkungen auf die Raumtemperaturen zu erwarten sind.
- Es ist günstig die Ansaugöffnung oberhalb von Fenstern oder
anderen großformatigen, wenig Solarstrahlung absorbierenden
Flächen anzuordnen, weil die Luft dort tendenziell kühler ist. Eine
Luftansaugung außerhalb der Grenzschicht durch entsprechende
Verlängerung der Ansaugkanäle wäre noch effektiver, lässt sich
architektonisch jedoch nur schwer umsetzen. Einen möglichen
Ansatz dazu zeigt Abb. 8.
Konstruktive Ausgestaltung der Fassadendurchführungen
- Lüftungselemente mit langen inneren Luftwegen (z.B. zur Reduzierung von Luftschall) beeinflussen Zulufttemperaturen stärker
als Konstruktionen mit kurzen Luftwegen. Resultiert die Temperaturbeeinflussung aus kapazitiven Effekten, vergrößert dies
quasi die thermische Speicherkapazität des Raumes. Wird die
Temperaturänderung hingegen durch Wärmeaustausch mit dem
Raum verursacht, ist sie für die Energiebilanz des Raumes ohne
Bedeutung.
Ein Angleich der Zuluft- an die Raumtemperaturen reduziert die
Zugluftgefahr und kann so das Komfortempfinden der Nutzer
steigern.
- Zur Vermeidung solarer Erwärmung der Luft beim Durchströmen
besonnter Ansauggitter, sollten diese eine möglichst kleine,
Seite 155 von 161
b+tga
-
-
-
-
-
-
reflektierende Oberfläche aufweisen. (Beim TRI-Haus bzw. beim
Verwaltungsgebäude der Fa. Athmer sind solche verbaut.).
Quadratische oder runde Ansaugöffnungen sind schlitzförmigen
vorzuziehen. Auf Grund ihres größeren hydraulischen Durchmessers saugen sie mehr Luft aus fassadenferneren und damit
kühleren Regionen an [10].
In den Luftweg integrierte Latentwärmespeicher können die Zulufttemperaturen wirkungsvoll begrenzen (vgl. Abs. 5.6 und [21]).
Zum Entladen der thermischen Speicher ist zwingend ein Nachtlüftungsbetrieb erforderlich. Dabei ist zu beachten, dass die
nächtliche Entladung der Latentwärmespeicher erhöhte Zulufttemperaturen zur Folge hat, die das Kühlpotential für den Raum
selbst verringern.
Das Überströmen bzw. Anströmen von thermischen Speichermassen erhöht die Nutzbarkeit der Speicherkapazität deutlich
und puffert sehr hohe bzw. sehr niedrige Zulufttemperaturen (vgl.
Kühleffekt der leeren PCM-Box in Abs 5.6).
Winddruck und -sog an der Fassade, aber auch offen stehende
Innentüren, beeinflussen die Durchströmung insbesondere passiver Lüftungselemente. Ist eine hohe Verfügbarkeit der Lüftung
gefordert, sind aktive Lüftungselemente einer entsprechenden
Klasse nach [6] zu wählen.
Bei aktiven Lüftungselementen erhöht die Abwärme des eingebauten Ventilatormotors die Zulufttemperatur um ca. 1 bis 1,5K.
Außerdem können Schallemissionen des Lüftungsgerätes das
Komfortempfinden der Nutzer beeinträchtigen [24].
Die Lüftungselemente sollten zentral gesteuert verschließbar
sein, um insbesondere im Winter windinduzierte Lüftungsverluste
außerhalb der Arbeitszeiten zu vermeiden [23].
7.2 Fassadengestaltung
Zu den Fassadeneigenschaften konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden:
Fassadenfarbe:
Bezüglich der thermischen Eigenschaften einer Fassade hat der
Absorptionsgrad der Oberfläche die größte Bedeutung. So
weisen die Untersuchungsobjekte mit dunklen Fassaden (und frei
angeströmten Ansaugöffnungen) bei großen Strahlungsintensitäten die höchsten Ansaugtemperaturen auf (Athmer, BTGA-Box
mit schwarzen Faserzementplatten im Brüstungsbereich).
Auf Grund der gegenüber stärker reflektierenden Materialien
größeren Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und der
umgebenden Luft führen hier höhere Windgeschwindigkeiten zu
stärkeren Temperaturabsenkungen.
Eine Ausnahme bildet diesbezüglich die helle Fassade des REBGebäudes, die das Ansaugtemperaturverhalten einer dunklen
Fassade aufweist (vgl. Abb. 184und Abb. 185). Ursache ist die
Luftansaugung in den dunkelgefärbten Fensterlaibungen. Obwohl dieser Flächenanteil bezogen auf die Gesamtfassadenfläche sehr klein ist, stellen sich an den Ansaugöffnungen
ähnliche Temperaturbedingungen ein, wie an einer vollständig
dunkel gefärbten Fassade.
Seite 156 von 161
b+tga
Windanströmung:
Wie stark eine Fassade vom Wind angeströmt wird, hängt von
der Windrichtung, der Gebäudelage (vgl. Abs. 6.2.2) und der
Windverschattung durch andere Gebäudeteile ab. So lagen die
Ansaugtemperaturen am SIC bei gleicher Strahlungsintensität
(an der Fassade) und Windgeschwindigkeit (an der Wetterstation) auf der frei angeströmten Straßenseite im Mittel 1,8K
niedrigerer als auf der windverschatteten Hofseite (vgl. Abb.
185).
Thermische Speicherkapazitäten:
Werden Fassaden mit hohen thermischen Speicherkapazitäten
durch Absorption von Solarstrahlung stark erwärmt, ist zu vermuten, dass sich nachfolgend auch bei geringen Strahlungsintensitäten warme Grenzschichten halten und zu hohen Ansaugtemperaturen führen. Dies hat sich bei den untersuchten Gebäuden jedoch nicht bestätigt. Es konnte zwar beim Verwaltungsgebäude der Fa. Athmer eine verzögerte Abkühlung der Fassadenoberfläche beobachtet werden (vgl. Abb. 89), dies führte jedoch weder hier noch bei dem ebenfalls mit einer dunklen, thermisch schweren Fassade ausgerüsteten Imtech-Gebäude zu erhöhten Ansaugtemperaturen am Abend oder in der Nacht. (Kurzzeiteffekte, z.B. beim Vorbeizug einer Wolke, wurden nicht untersucht, weil sie für das thermische Raumverhalten nicht relevant
sind.)
Planungsempfehlungen:
Zur Vermeidung hoher sommerlicher Zulufttemperaturen (auch
bei Fensterlüftung) sollten für Fassaden bevorzugt helle Farbtöne
bzw. Materialien mit guten Reflektionseigenschaften gewählt
werden. Besonders niedrige Oberflächentemperaturen lassen
sich durch einen im Infrarot-Spektrum hoch reflektierenden Anstrich erzielen. Witterungs- und Verschmutzungseinflüsse können jedoch im Laufe der Zeit zu nachlassenden Reflektionsgraden führen [16]. Die regelmäßige Reinigung bzw. Erneuerung
des Anstrichs ist somit in einer Kostenbilanz neben den Einsparungen bei den sommerlichen Kühl- bzw. den erhöhten
Heizkosten im Winter zu berücksichtigen.
Die Wärmekapazitäten üblicher Fassadenmaterialien sind für die
Zulufttemperaturen von sehr geringer Bedeutung.
7.3 Umgebung
Das Mikroklima eines spezifischen Gebäudestandorts kann sich stark
von dem einer nahegelegenen meteorologischen Wetterstation unterscheiden. Während die pro Tag auftreffende Solarenergie sehr ähnlich
ist, weichen Lufttemperaturen und Winddaten signifikant ab.
Bei nahezu allen Messkampagnen lagen die lokal gemessenen Windgeschwindigkeiten entweder auf Grund des Geländereliefs (Hang- oder
Tal-Lagen) oder der großen Bodenrauhigkeit in stark bebauten städtischen Gebieten z.T. erheblich unter denen der nächstgelegenen meteorologischen Messstation. Einzig bei dem in einem spärlich bebauten,
Seite 157 von 161
b+tga
ebenen Umfeld gelegenen SIC wurden ähnliche Windgeschwindigkeitsdaten gemessen (vgl. Tab. 2).
Die Tagesmitteltemperaturen waren an den Messobjekten meist etwa
1K höher als an den DWD-Messstationen. Größere Temperaturabweichungen konnten auf gebäudespezifische Einflüsse an den Messstellen zurückgeführt werden (vgl. Zusammenfassung von Abs. 4.6).
Mit zunehmender Bebauungsdichte in der unmittelbaren Umgebung
steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Lufttemperaturen und Windverhältnisse zwischen den Gebäuden von denen an der Wetterstation auf
dem Dach abweichen.
Zusätzlich kann in eng bebauten Arealen Reflektion von Solarstrahlung
an Nachbargebäuden, der langwelliger Strahlungsaustausch zwischen
den Gebäuden sowie die reduzierte Wärmeabstrahlung zum kalten
Nachthimmel die Fassadentemperaturen beeinflussen.
Aus diesen Erkenntnissen lassen sich folgende Planungsempfehlungen
ableiten:
- Die Strahlungsdaten von meteorologischen Messstationen können in thermische Gebäudesimulationen unverändert übernommen werden.
- Meteorologische Umgebungstemperaturen sollten um 1K erhöht
werden. Liegt das geplante Gebäude in einem sehr dicht bebauten Umfeld wird eine Erhöhung um 1,5K empfohlen.
- Winddaten sollten zur Ermittlung der Einflüsse auf die Durchströmung der Lüftungselemente unverändert übernommen werden.
Der Einfluss der thermischen Grenzschicht sollte mit halbierten
Windgeschwindigkeiten erfolgen.
- Über mehrere Jahre gemittelte Wetterdaten, wie sie z.B. die
MeteoNorm-Software zur Verfügung stellt, geben seltene
Witterungsphasen mit besonders hohen oder tiefen Temperaturen nur unzureichend wieder. Um sicherzustellen, dass das
Kühlkonzept auch in sehr heißen Sommern funktioniert bzw. das
Komfortempfinden der Nutzer bei sehr kalten Zulufttemperaturen
nicht beeinträchtigt wird, sollten solche Situationen mittels gemessener Extremwetterdaten aus der näheren Gebäudeumgebung untersucht werden.
Seite 158 von 161
b+tga
8 Literatur- und Quellenangaben
[1]
Deutscher Wetterdienst, Frankfurter Straße 135, 63067
Offenbach
[2]
DIN 1055-4: 2005-03-00: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 4:
Windlasten. Beuth-Verlag, Berlin, 2003
[3]
Santamouris, M. (Hrsg.): Advances in passive cooling,
Earthscan-Verlag, London, 2007
[4]
Akbair, H.: Opportunities for Saving Energy and Improving Air
Quality in Urban Heat Island in [3]
[5]
Interview mit Klimatologe Prof. Wilfried Endlicher in
ZDF.reporter vom 15.07.2010, online verfügbar unter:
http://reporter.zdf.de/ZDFde/inhalt/30/0,1872,8090174,00.html
[6]
Hartwig, H. et al.: Dezentrale Fassadenlüftungstechnik –
Schlussbericht, München, 2003
[7]
Papadopoulos, A.M.: The influence of street canyons on the
cooling loads of buildings and the performance of air
conditioning systems, Energy and Buildings, Bd. 33, 2001
[8]
Sánchez de la Flor, F,Domínguez, S.A.: Modelling microclimate
in urban environments and assessing it’s influence on the
performance of surrounding buildings, Energy and Buildings,
Bd. 36, 2004
[9]
Georgakis, C., Santamouris, M.: Canyon effects: Calculation of
wind speed in urban canyon with the aid of a semi-empirical
model based on experimental data, in [3]
[10]
Finke, U.: Dezentrale Außenluftansaugung bei
raumlufttechnischen Geräten, HLH, Bd. 53, Heft 10, 2002
[11]
Hartwig, H.: Zentral – Dezentral, Fassadenintegrierte
dezentrale Gebäudetechnik, gi-GesundheitsIngenieur, Heft 5,
2004
[12]
Müller, D., Reske, M.: Fassadengrenzschichten: Temperatur
der angesaugten Luft bei dezentralen Lüftungsgeräten,
Abschlussbericht, Frankfurt, 2003
[13]
Givoni, B., Hoffmann M.E.: Effect of building materials on
internal temperatures, Forschungsbericht, Building Research
Station, Haifa, 1968
[14]
Cheng, V. et al.: Effect of envelope color and thermal mass on
indoor temperatures in hot dry climate, Solar Energy 78, 2005
[15]
Santamouris, M. (Hrsg.): Passive and low energy cooling for the
built environment, Mai 2005, Santorini, Griechenland
Seite 159 von 161
b+tga
[16]
Synnefa, M. et al.: A comparative study of thermal performance
of reflective coatings for the urban environment, in [15]
[17]
Shen, H. et al.: The effect of reflective coatings on building
surface temperatures, indoor environment and energy
consumption – an experimental study, Energy and Buildings,
2010
[18]
Schmidt, M.: Gruen cool – Gebaeudeklimatisierung durch
Verdunstungsleistung von Pflanzen, FLL Fachtagung,
November 2009, Essen
[19]
Reuter, T.F.: Mikroklima Bürofassade, Analyse und
Optimierung relevanter Fassadenparameter, Master-Thesis,
Wuppertal, 2005
[20]
Lüdemann, B. et al.: Kühlung von Gebäuden ohne
Kältemaschine, HLH, Bd. 58, Heft 3, 2007
[21]
Lüdemann, B.: Kühlen ohne Kältemaschine, PCM-Techniken
für die Raumkühlung, Vortrag, Oktober 2008
[22]
Finke, U. et al.: Der Einfluss der Außenluftqualität auf die
Raumluftqualität, HLH, Bd. 56, Heft 10, 2005
[23]
Voß, T., Voss, K.: Einfluss von Nachströmelementen in
Fassaden auf den Jahresheizwärmebedarf exemplarischer
Büroräume beim Objekt Nordstrasse, Remscheid, Bergische
Universität Wuppertal, b+tga, 2005
[24]
Mahler, B. et al.: DeAL – Evaluierung dezentraler
außenwandintegrierter Lüftungssysteme, Abschlussbericht,
Stuttgart, 2008
[25]
Voss, K. et al.: QUALIPASS – Qualitätszertifikat für
Bürogebäude mit passiver Kühlung, Schlussbericht, 2008
[26]
E. Bollin, et al.: Energie optimiertes Bauen, Teilkonzept 3:
Langzeitmonitoring des Neubauvorhanbens Solar Info Center
Freiburg, Phase II, Monitoring/Betrieb – Abschlussbericht,
Offenburg, 2008
[27]
Bine Informationsdienst, „Gebäude sanieren – Bürohochhaus
der sechziger Jahre“, Bine Projektinfo 11/08, Bonn, 2008
[28]
Kleber, M.; Wagner, A.: Revitalisierung des Haupthauses der
KfW Bankengruppe in Frankfurt, Monitoring und
Betriebsoptimierung im Rahmen von EnSan, Teilkonzept 3 –
Abschlussbericht, Karlsruhe, 2009
[29]
DIN 4108-2: 2003-07-00: Wärmeschutz und EnergieEinsparung in Gebäuden; Teil 2: Mindestanforderungen an den
Wärmeschutz. Beuth-Verlag, Berlin 2003
[30]
Arbeitsstätten-Richtlinien zur Arbeitsstättenverordnung, ASR 6
(Raumtemperaturen), Ausgabe Mai 2001
Seite 160 von 161
b+tga
[31]
Reske, M.; Müller, D.: Temperaturverteilung in der
Fassadengrenzschicht, DKV Jahrestagung, AA IV, 2007
Hannover
[32]
DIN EN 13779: 2007-09-00: Lüftung von Nichtwohngebäuden –
Allgemeine Grundlagen und Anforderungen für Lüftungs- und
Klimaanlagen und Raumkühlsysteme. Beuth-Verlag, Berlin
2007
[33]
Voss, K. Herkel, S., Löhnert, G., Wagner, A. Wambsganß, M.:
Bürogebäude mit Zukunft – Konzepte, Erfahrungen, Analysen,
TÜV-Verlag, 2005
[34]
Reise, Chr., Klima und Mikroklima, in [33]
[35]
Reske Matina; Müller Dirk: Temperaturverteilung in der
Fassadengrenzschicht. In: Deutscher Kälte- und
Klimatechnischer Verein e.V. (Hrsg.) DKV-Tagungsbericht
2007. Stuttgart: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein
e.V. DKV, 2007
[36]
MeteoNorm 5: globale Klimadatenbank mit integriertem
Wettergenerator. www.meteonorm.com
[37]
Passivhaus-Institut (Hrsg.): SommLuft – Excel-Tabelle zur
Abschätzung des Fensterluftwechsels
[38]
DIN EN ISO 6946: 2008-04: Bauteile – Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren (ISO 6949:2007); Deutsche Fassung EN ISO
6946:2007, Beuth-Verlag, Berlin 2008
[39]
TRNSYS 16 Manual – Volume 5: Mathematical Reference,
Revision 2007-03
Seite 161 von 161

Dezentrale Lüftung in Bürogebäuden – Mikroklimatische

Transcription

Similar documents

Grundlagen Rechnernetze und Verteilte Systeme - Index of

Jahresbericht 2014 - Klinikum Region Hannover

Montage-, Wartungs- und Bedienungsanleitung

Liniennetz Bonn Das Bonner Busnetz

Wanderzeit - Juni_2015

The Premiere Edition Vol. 1 - Sound Effects, Royalty Free

Astronomie - Kosmologie

Variante