ENERGIEBERATUNGSBERICHT (VOR-ORT

Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
V 3 und V 4 Wärmesenken
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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
Inhaltsverzeichnis
Grundlagen
Seite 03 – 04
Klima
Seite 05 - 12
Bilanzierung
Seite 13 - 15
Transmission
Seite 16 - 31
Lüftung
Seite 32 – 36
Fragen
Seite 37 - 38
Links
Seite 39 - 40
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Grundlagen
Aktiv - Passiv
Ziel einer ressourcenschonenden Planung muss die Entwicklung eines Gebäudekonzeptes sein, bei
dem zunächst alle baulichen Möglichkeiten zur ressourcensparenden Konditionierung ausgeschöpft
werden.
Der dann noch verbleibende Rest an Energie sollte soweit sinnvoll mit regenerativer Energie gedeckt
werden.
Da in der Regel nicht der gesamte Energiebedarf regenerativ gedeckt werden kann, verbleibt ein Rest
an Energie, der möglichst effizient mittels Anlagentechnik erzeugt werden muss.
Hierfür werden Ressourcen verbraucht, die wiederum einen CO2-Ausstoß zur Folge haben.
PASSIVKONZEPT
(Gebäude)
AKTIVKONZEPT
(Anlagentechnik)
Transmission
Solare Gewinne
(Fenster)
solare Energiegewinnung
Innere Gewinne
(Personen, Geräte)
Verbrennung von
Ressourcen
CO2Ausstoß
Lüftung
Einfluss des Passiv- und des Aktivkonzeptes auf den CO2-Ausstoß
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Einflussgrößen
Der Energiebedarf, der einem Gebäude zugeführt werden muß, hängt zunächst von den
Klimarandbedingungen ab. Diese Randbedingungen können nicht verändert werden.
Veränderbar sind dann aber die weiteren Parameter:
- Komfortanspruch
- Qualität der baulichen Hülle (Nutzenergiebedarf)
- Effizienz der Energieerzeuger (Endenergiebedarf
Einflussgrößen auf den Energiebedarf bzw. den CO2-Ausstoß in einem bestimmten Klima
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Klima
Randbedingungen
Der Aufwand der betrieben werden muss, um ein Gebäude nutzen zu können, hängt von den
jeweiligen Klimaverhältnissen ab.
Typische regional unterschiedliche Klimadaten sind:
Die Menge der solaren Einstrahlung
Die monatliche Durchschnittstemperatur
Die passive Nutzung solarer Einstrahlung ist in der Heizperiode von besonderer Bedeutung.
Entscheidend für die optimale Ausbeute ist die Lage, Orientierung und Größe der Fensterfläche.
Heizzeit
Die Außentemperatur und die Sonnenscheinstunden bestimmen in Abhängigkeit vom U-Wert des
Gebäudes, seiner Hüllfläche und der Größe, Orientierung und g-Wert der Fenster die Menge des
Energieverlustes in der
Heizperiode.
Da ab einer Monatsdurchschnittstemperatur von 15 Grad im schlecht gedämmten Altbau geheizt
werden muss, definiert sich also die Heizperiode in München in diesem Fall von Mitte September bis
Mitte Mai.
Acht Monate im Jahr ist also die Heizung in unterschiedlicher Intensität in Betrieb.
Bei besser gedämmten Häusern reduziert sich die Heizzeit entsprechend dem Dämmstandard.
Bei optimal gedämmten Häusern (Passivhäusern) muss nur noch ab einer monatlichen
Durchschnittstemperatur von 8 – 10 Grad geheizt werden.
Gradtagzahlen bei Heizbeginn von 15 Grad Im Monat Februar an verschiedenen Standorten.
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Eine Betrachtung der Heizzeit nach Tagen ist natürlich die genaueste Form der Datenermittlung,
gerade bei Monaten in der Übergangszeit, die nicht durchgängig Außentemperaturen aufweisen,
die unter der Raumtemperatur liegen. Die monatsweise Zusammenfassung bietet aber hinreichend
Genauigkeit, um Verbrauchsdaten ermitteln zu können.
Überschlägig kann die Heizzeit wie in
Heizmonaten wie folgt beschrieben werden:
- Altbau:
Monatsmitteltemperatur unter 15 Grad
- Heutiger Standard:
Monatsmitteltemperatur unter 9 Grad
- Passivhausstandard
Monatsmitteltemperatur unter 6 Grad
Das heiß für München:
- Altbau etwa 240 Heiztage,
- heutiger Standard etwa 180 Heiztage
- Passivhaus etwa 120 Heiztage
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Einstrahlung Sonne
Bei der Beschreibung des Sonnenstandes gibt es zwei wesentliche Begriffe.
Der Azimut gibt den Sonnenstand im Vergleich zur Nordorientierung an. Ein Azimutwinkel von 90 Grad
bedeutet, dass die Sonne genau im Osten steht, ein Winkel von 180 Grad bedeutet eine genaue
Nordorientierung.
Die Sonnenhöhe beschreibt den Winkel mit der die Sonne bezogen auf eine horizontale Flächen
einstrahlt.
Sonnenhöhe und Azimut verändern sich dynamisch über das Jahr gesehen.
Für jede gewählte Zeit resultiert ein unterschiedlicher Sonnenstand
Globalstrahlung im Jahr auf horizontale Flächen.
Unten: Azimutwinkel und Höhenwinkel bestimmen den Sonnenstand
Anhand eines Sonnenstandsdiagrammes kann überprüft werden, wie lange eine Fassade bzw. die
Fenster in der Fassade Sonne erhalten.
Insbesondere innerstädtische Gebäude sind aufgrund der dichten Bebauung stark verschattet, sodass
hier die energetisch optimale Ausbildung der Fenster besonders genau überprüft werden sollte.
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Auszug aus DIN 4108-6:
In Klimatabellen kann die Menge an Sonnenenergie abgelesen werden, die bei verschiedenen
Orientierungen und Einstrahlwinkeln an einem bestimmten Ort zur Verfügung steht.
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Orientierung
Die Orientierung des Hauses bzw. seiner verglasten Flächen hat keinen Einfluss
auf die Wärmeverluste durch Transmission, da diese ausschließlich von der
Temperaturdifferenz und der Qualität der Hüllflächen abhängen.
Allerdings spielt die Orientierung der Fensterflächen bei der Nutzung der solaren
Gewinne (s. Skript „Wärmegewinne) eine Rolle.
Heizwärmebedarf in Abhängigkeit zur Orientierung der Hauptfassade
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Übung:
Welche Menge an Sonnenenergie steht in München an einer Westfassade
im Januar bzw. von Oktober bis März zur Verfügung ?
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Übung:
Welche Durchschnittstemperatur herrscht in München in der klassischen
Heizzeit von Oktober bis April ?
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Übung:
Welcher Temperaturunterschied muss im Mittel im Februar in Hof ausgeglichen werden, wenn im
Raum eine Innentemperatur von 22 Grad gewünscht wird ?
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Bilanzierung
Einflußgrößen auf den Nutzenergiebedarf
Ausgangspunkt für alle Überlegungen zur energetischen Optimierung ist die Reduktion des sogenannten Nutzenergiebedarf. Darunter versteht man den Energiebedarf der einem Gebäude in
Abhängigkeit zu den baulichen Parametern und der Nutzung zugeführt werden muss, damit in der
sogenannten konditionierten Hülle ein Aufenthalt unter den in Mitteleuropa als behaglich empfundenen
Randbedingungen möglich ist.
Der Energiebedarf, der einem Gebäude zugeführt werden muß, hängt zunächst von den
Klimarandbedingungen ab. Diese Randbedingungen können nicht verändert werden.
Veränderbar sind dann aber die weiteren Parameter:
Komfortanspruch
Qualität der baulichen Hülle (Nutzenergiebedarf)
Effizienz der Energieerzeuger (Endenergiebedarf)
Nutzkälte- und Nutzwärmebedarf
Entscheidend für den Energiebedarf sind zunächst die baulichen Rand-bedingungen, die bereits in
frühem Stadium durch den Architekten festgelegt werden:
- Reduktion Heizwärmebedarf durch Dämmung, optimierte Verglasung Orientierung und
Kompaktheit
- Reduktion des Nutzkältebedarfes durch optimierte Verglasung (hinsichtlich Fläche, Art und
Lage der Verglasung, Art des Sonnenschutzes, Orientierung), Art und Umfang der
Speichermasse, Lüftbarkeit des Gebäudes
- Tageslichtoptimierung durch Fläche durch Optimierung der Verglasung (Art und Lage der
Verglasung, Art des Sonnenschutzes und Orientierung sowie durch Festlegung der
Reflexionsgrade der Innenbauteile (Helligkeit der Materialien).
Der Optimierung dieser baulichen Parameter kommt bei der Ressourcen optimierten Planung eine
besondere primäre Bedeutung zu, weil im Planungsprozess also bei der Konzeptentwicklung ohne
Einsatz von Materie Synergien - auch hinsichtlich Reduktion des Ressourcenver-brauches entwickelt
werden. Anlagentechnische Fragen sind erst nachrangig von Bedeutung.
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Entscheidendes Kriterium für den Nutzkältebedarf und Nutzwärmebedarf ist die Qualität der baulichen Hülle. Wärmeeinträge
und Wärmeverluste werden durch sie bestimmt. Quelle: DIN 18599 – T 2
Bild 3 – Prinzip der Ermittlung des Heizwärme- und Kühlbedarf einer Gebäudezone
Die Verluste in der Heizzeit (Bezeichnung Nutzwärmebedarf) und die Gewinne in der Nichtheizzeit
(Bezeichnung Nutzkältebedarf) werden getrennt ermittelt. Nutzwärme- und Nutzkältebedarf werden
jeweils getrennt für die Nutzungszeit und die Nichtnutzungszeit ermittelt. Der Index b steht für
Nutzenergiebedarf.
Nutzwärmebedarf:
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Übung
Nennen Sie getrennt nach Sommer und Winter typische Wärmequellen und Wärmesenken, die bei
einem Gebäude auftreten können.
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Wärmeverlust durch Transmission
U-Wert
Der U-Wert eines Bauteiles beschreibt die Wirksamkeit hinsichtlich der Reduktion des
Wärmedurchganges bzw. des Wärmeverlustes.
Je kleiner der U-Wert ist desto geringer sind die Wärmeverluste.
2*
Die Einheit des U-Wertes beträgt W / m K.
2
Er beschreibt also die Wärmeleistung die je m Bauteilfläche bei einem Temperaturunterschied von
einem Kelvin verloren geht.
Will man den jährlichen Energieverlust bestimmen, benötigt man die Fläche der unterschiedlichen
Bauteile, die das Gebäude nach außen abgrenzen,
sowie die Anzahl der jährlichen Heiztage mit dem durchschnittlichen Temperaturunterschied, der an
den Heiztagen auszugleichen ist.
1
Schicht
2
3
4
Dicke (m)
L ( W/mK)
(Wärmeleitfähigkeit)
2
S/L (m K/W)
Verkleidung
Luftschicht
Dämmung
0,16
0,04
4,00
KS (1600)
0,24
0,79
0,30
Putz
0,02
0,35
0,06
Summe 1:
4,36
( Wärmedurchlasswiderstand R)
RSI:
0,13
(Wärmeübergangswiderstand innen)
RSA
0,13
(Wärmeübergangswiderstand außen)
Summe 2:
4,62
(Wärmedurchgangswiderstand Rt)
2
Kehrwertbildung führt zum Wärmedurchgangskoeffizienten (U in W/m K
2
U-Wert = Kehrwert (W/m K)
0,22
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Wärmeleitfähigkeit als Bestimmungsgröße
Kennzeichen für die „Dämmfähigkeit“ eines Stoffes ist die Wärmeleitfähigkeit.
Sie gibt an welche Wärmeleistung / m Dicke des Stoffes bei einem Kelvin Temperaturunterschied
Zwischen kalter Seite und warmer Seite vorhanden ist. Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit ist desto
Geringer ist der Wärmedurchgang.
Die Wärmleitfähigkeit eines Baustoffes beschreibt den Wärmedurchgang bei einem
Temperaturunterschied von einem K Temperaturunterschied durch ein Bauteil dessen Flächen A1
und A 2 ein Meter entfernt sind. Durch eine Kalksandsteinwand von 36 cm Stärke mit der
Wärmeleitfähigkeit 0,79 W/mK besitzt also eine Verlustleistung von 0,45 W/ K.
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Wärmeübergangswiderstand
Der Wärmeübergangswiderstand beschreibt mit einer konstanten Größe jeweils für die Innen und
Außenseite eines Bauteiles den Verlust, der aufgrund der Änderung der Wärmeübertragung von
Konvektion (Luft) zur Wärmeleitung vorliegt.
Beim Wärmedurchgang spielt auch der Übergang der Wärme aus der Luft in die Materie eine Rolle.
Dieser Sachverhalt also der wechsel von Konvektion zu Wärmeleitung wird durch den Wärmeübergangswiderstand innen und außen berücksichtigt.
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Übung 1:
Wie stark muss die Kalksandsteinwand (Rohdichte Stein 1400 kg/ m3) ohne Dämmung sein, damit sie
den gleichen Wärmedurchgangskoeffizienten besitzt wie die Wand mit 10 cm Dämmung
(Wärmeleitfähigkeit 0,04 W/mK) ?
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Übung 2:
Welchen U-Wert hat die Wand wenn sie eine Dämmung mit einer Stärke von 24 cm und der
Wärmeleitfähigkeitsgruppe 035 erhält ?
Würde sich der Wert verändern, wenn anstelle einer hinterlüfteten Fassade ein sogenanntes
Wärmedämmverbundsystem aufgebracht werden würde ?
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Wärmeverluste Transmission Gesamtgebäude
Will man feststellen welche Wärmemenge durch eine bestimmte Wandkonstruktion abfließt, so muß
klar sein welcher Temperaturunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Wand
besteht.
An einem typischen Wintertag beträgt dieser Temperaturunterschied 22 Kelvin bei einer
Innentemperatur von 22 Grad und einer Aussentemperatur von 0 Grad. Um nun diese Verlustmenge
feststellen zu können muß bekannt sein wielange dieser Temperaturunterschied auftritt.
An einem typischen Wintertag würde dieser Temperaturunterschied über 24 h auftreten.
Um die Wärmeverluste eines Gebäudes feststellen zu können, müßen also folgende Schritte
unternommen werden:
- Feststellung der Bereiche die beheizt werden in Grundriß und Schnitt (Systemgrenze)
- Feststellung der Trennflächen von beheizten zu unbeheizten Bereichen
- Feststellung ob die Wandfläche an Außenluft oder an Erdreich bzw. unbeheizte Räume grenzen.
- Beschreibung der Qualität der unterschiedlichen Hüllflächen
- Ermittlung der Verluste über die jeweiligen Hüllflächen
- Addition zum Gesamtverlust über die Hüllfläche
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Übung 3:
Berechnen Sie den Wärmeverlust durch die Wand aus dem Beispiel auf
Seite 19 und 20 an einem Wintertag (- 5 Grad) , im Januar und in der Zeit von Oktober bis April
am Standort München. Die Wandfläche beträgt 100 m2.
Die gewünschte Innentemperatur beträgt 22 Grad.
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Architektonisches Konzept
[Verhältnis Hüllfläche zu Nettogrundrissfläche]
Die Kompaktheit ist ein ganz wesentliches Kriterium für energieeffizientes Bauen.
Kompaktheit definiert sich als Quotient aus beheiztem Volumen zu beheizter Nettogrundrissfläche.
Würde eine Fläche von 2400 qm ( Höhe 3m ) ebenerdig, zweigeschossig, dreigeschossig und
viergeschossig angeordnet, ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Kompaktheit bei gleicher
Hüllkonstruktion ein deutlich geringerer Energieaufwand für die Beheizung.
Bei einer dreigeschossigen Anordnung der Fläche reduziert sich der Energieaufwand im Vergleich zu
einer eingeschossigen Anordnung bereits um die Hälfte.
Eine andere Definition beschreibt Kompaktheit als den Quotienten aus Hüllfläche durch beheiztes
Volumen, das eben von dieser Hüllfläche umschlossen wird.
Diese eher abstrakte Definition wird in der Energieeinsparverordnung verwendet. In künftigen
Verordnungen bzw. Normen (z.B. DIN 18599)
wird der erstgenannte Bezug verwendet werden.
3
2,4
2
1,5
1,2
1,0
1
1
2
3
4
[Geschosse]
Würde man die 12 Quader als Einzelobjekte betrachten, so wäre das Verhältnis Hüllfläche zu Nettogrundrissfläche 3,1.
Verhältnis Hüllfläche zu Nettogrundrissfläche bei unterschiedlicher
Anordnung der Nettogrundfläche
(Modul: 10m x 20m x 3,5m)
Quelle:
Autor
1
2
3
4
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Besonders deutlich wird der Vorteil der Kompaktheit beim detaillierten Betrachtung eines kompakten
Wohngebäudes.
Alle Wohneinheiten
die ineines
den Randbereichen
aufgrund des höheren
Spezifischer
Wärmebedarf
Raumes liegen
nachhaben
der Lage
Hüllflächenanteiles einen deutlich erhöhten Heizwärmebedarf im Vergleich zu den innen liegenden
im Gebäude
seiner
Ausrichtung
dreiseitig
von anderenund
beheizten
Räumen
umschlossenen Wohneinheiten.
Die Orientierung
der
Wohnungen
spielt
dann
vergleichsweise eine eher untergeordnete Rolle.
nach Nikolic 1981
A 18
1
B 14
5
C 17
7
1
137
100
133
2
Nor
A 16
3
B 12
5
C 15
5
1
d
119
83
112
2
Süd
A 17
2
B 13
5
182
C 16
6
145
177
3
1
st
We
161
125
C 17
0
3
93
137
124
169
3
Ost
B 13
9
1
t
Os
175
2
A 17
6
155
130
131
173
94
136
124
2
Wes
rd
No
167
3
d
Sü
t
Spezifischer Wärmebedarf eines Raumes nach der Lage im Gebäude und nach Ausrichtung
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Das Seminargebäude von Frank Gehry ist auf Grundlage von rein formalen respektive plastischen
Vorgaben entwickelt. Energetische Überlegungen wurden bei der Konzeptentwicklung nicht
berücksichtigt.
Die starke Gliederung des Gebäudes führt zu einen äußerst ungünstigen Verhältnis Hüllfläche /
Nutzfläche.
Des Weiteren sind die zahlreichen Volumenverschneidungen sowohl baukonstruktiv
(Schadensanfälligkeit) wie auch energetisch gesehen (Wärmebrücken) problematisch.
Energieberatungszentrum in Nordrhein – Westfalen
Architekt: Frank Gehry, Los Angeles (Quelle: dbz 10 / 2001)
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Die Wärmedämmung ist integrierter Bestandteil eines jeden Passivkonzeptes.
Sie stellt eine Maßnahme dar, mit der der Wärmeverlust bei geringer Bauteildicke effizient reduziert
werden kann.
Die Effektivität (Verhältnis Aufwand zu Einsparung) von Wärmedämm-massnahmen nimmt mit
zunehmender Dicke ab.
Auch wird der Flächenverbrauch bzw. die Reduktion der Nutzfläche bei zunehmender Stärke der
Wärmedämmung immer größer.
Technisch möglich sind Dämmstärken von 30 cm bei Wärmedämmverbundsystemen. Bei
hinterlüfteten Fassaden kann jede Dämmstärke realisiert werden.
Dämmstärken müssen im Kontext aller Passiv- und Aktivmaßnahmen und unter Berücksichtigung
konstruktiver und formaler Aspekte optimiert und festgelegt werden.
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Übung 4:
Berechnenen Sie U- Wert und den Wärmeverlust an der Wand im Beispiel auf Seite 18, indem Sie
angefangen bei 0 cm Dämmung in regelmäßigen 6 cm Sprüngen die Dämmung bis 30 cm verstärken.
Werten Sie das Ergebnis grafisch aus.
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Wärmebrücken
Typische Wärmebrücken sind:
- von innen nach außen durchlaufende Stahlträger
durchlaufende Betondecken für Balkone
Einbindung von Deckenplatten oder Innenwände in ungedämmte Außenwände
Fensteranschlüsse
Innen – und Außenecken
Wärmebrücken sind energetische Schwachstellen. Pauschal wird deshalb bei der Berechnung des
Transmissionswärmeverlustes ein Wärmebrückenzuschlag erfasst, indem die Hüllfläche mit dem Wert
2
0,1 W/m K multipliziert wird. Wird die Konstruktion wärmebrückenfrei nach DIN 4108 /Beiblatt 2
2
ausgeführt, so beträgt der Zuschlagswert nur 0,05 W/m K.
Wärmebrückenfreie Detailausbildung
Quelle: DIN 4108/Beiblatt 2
Ziegel
Beton B 25
Wärmedämmung
Holz
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Glas
Die Bedeutung von verglasten Flächen liegt primär im nicht messbaren Bereich der Aufenthalts- oder
auch Raumqualität. Die „Lichtausbeute“ von Verglasungen wird durch den T-Wert beschrieben.
Energetisch gesehen verhält sich der Baustoff Glas ambivalent.
Der Wärmeverlust – charakterisiert durch den U-Wert - bei Verglasungen ist im Vergleich zu opaken
Flächen deutlich höher, der höhere Wärmeverlust wird aber teilweise wieder kompensiert durch den
Wärmegewinn, der nur bei transparenten Flächen realisiert werden kann.
Südfassaden sind bei entsprechender Verglasung im Winter Energiegewinnfassaden, vorausgesetzt
sie sind unverschattet der Sonne ausgesetzt. Im Sommer tragen verglaste Flächen zu einem
bauklimatisch eher unerwünschten Wärmeeintrag bei, der durch Art des Sonnenschutzes sowie
durch Orientierung und Anteil der Glasflächen lediglich beeinflusst werden kann.
Die Optimierung der Glasflächen muss deshalb unter Berücksichtigung folgender
Parameterdurchgeführt werden
- U-Wert: Definiert den Wärmeverlust durch das Glas
- g- Wert: Definiert den solaren Wärmegewinn
- T- Wert: Definiert den Lichtdurchgang
g-Wert (30%-78%)
~
U/G=1
U-Wert
(0,6 - 1,2)
T/G=2
U/T<1
T-Wert
(30%-80%)
Gegenseitige Abhängigkeit der unterschiedlichen die Qualität von Glas bestimmenden Parameter.
Der augenblickliche technische Standard bei Isolierverglasung
- Wärmeschutzverglasung kann wie folgt beschriebenen werden:
U-Wert:
(DIN EN 673)
g-Wert:
(DIN EN 410)
T- Wert:
(DIN EN 410)
Dreifach – Glas:
U-Wert:
2
1,2 W/m K (Ar)
2
1,1 W/m K (Kr)
(Krypton)
65 %
80 %
2
0,5 W/m K (Kr)
2
0,6 W/m K (Ar)
g-Wert:
52 %
T-Wert:
72 %
Ein hinsichtlich Selektivität optimiertes
Sonnenschutzglas hat den Wert:
2
U-Wert:
1,1 W/m K
g- Wert
37 %
T- Wert
68 %
Die Entwicklung bei der Glastechnologie geht in immer schnelleren Schritten voran, sodass eine
ständige Aktualisierung der Daten über Herstellerangaben erforderlich ist.
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Der Wärmeverlust bei Fenstern kann nicht einfach durch den U-Wert des Glases beschrieben
werden.
Berücksichtigt wird auch der Wärmeverlust über den Rahmen, sodass der Gesamtverlust sich aus
dem gemittelten U-Wert von Glas und Rahmen zusammensetzt.
Folgende Schritte werden bei der Berechnung vorgenommen:
- Feststellung der Fensterfläche (= Rohbauöffnung)
- Ermittlung der Rahmenfläche (i.d. Regel bei 30 % der Fensterfläche)
- Ermittlung der Glasfläche (i.d. Regel bei 70 % der Fensterfläche
- Ermittlung des Wärmebrückenverlustes zwischen Glas und Rahmen
Hierfür wird die Länge der Verbindung ermittelt, die dann mit dem Wärmebrückenfaktor 0,06 W/mK
multipliziert wird.
Die U-Werte von Verglasungen erhält man über die Glashersteller, U-Werte für Rahmen über die
Hersteller von Rahmen. Fensterprofile (Holz, Alu, Kunststoff) mittlerer Qualität haben einen U-Wert
von 1,5 W/m2K.
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Übung 5
Ein Holzfenster hat die Größe von 1,20 m auf 2,0 m.
Rahmen mit Flügel haben eine Gesamtbreite von 15 cm.
Berechnen Sie den U-Wert des Fensters mit einer Verglasung U-Wert 1,1 und 0,7 W/m2K.
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Wärmeverlust durch Lüftung
Grundlagen
Die Frischluftzufuhr in Räumen ist erforderlich um
3
- Sauerstoff den Nutzern zuzuführen (30 m / Person)
- Feuchteabfuhr durch Luftaustausch zu gewährleisten
3
(Luftfeuchtigkeit größer 60 % vermeiden / 30 m pro Person u. Stunde
3
Reduktion des CO2-Gehaltes durch Luftaustausch zu gewährleisten ( 20m / Person)
Schadstoffabfuhr (Möbel etc.) durch Luftaustausch zu gewährleisten (0,3- facher Luftwechsel)
Die Menge der erforderlichen Luftzufuhr wird beschrieben durch:
3
- Personenbezogene Luftmenge (30 - 40 m / Person und Stunde)
- Luftwechselrate (Menge des Raumvolumens, das stündlich ausgetauscht wird)
Alle einschlägigen Berechnungsverfahren gehen bei natürlicher Lüftung im Wohnungsbau von
einer durchschnittlichen Luftwechselrate 0,7 / h aus.
[Luftwechsel / h]
> 40
9,0 15,0
16
14
12
5,0 10,0
10
8
6
0,8 4,0
4
2
0,1 0,3
0
1
2
3
4
5
Luftwechsel bei natürlicher Lüftung
Quelle: Fa. Fresh-Lüftung
1.
2.
3.
4.
5.
Fenster, Türen geschlossen
Fenster gekippt
Fenster halb geöffnet
Fenster vollständig geöffnet
Gegenüberliegende Fenster geöffnet (Querlüftung)
Stündlicher Luftwechsel bei verschiedenen Formen der natürlichen Lüftung
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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
Lüftung – Übung 1:
In einem Wohnzimmer (60 m³) halten sich über 4 Stunden 8 Personen auf
Welcher Luftwechsel ist der Aufenthaltszeit erforderlich ?
Welcher mittlere tägliche Luftwechsel stellt sich ein, wenn danach das
Fenster geschlossen bleibt ?
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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
Lüftung – Übung 2:
Ein Nutzer hat folgendes Lüftungsverhalten:
Er öffnet an einem Tag (24 h) das Fenster dreimal für jeweils 15 Minuten.
3
Der Raum hat ein Volumen von 60 m .
Welcher Luftwechsel entsteht in der Zeit der Fensteröffnung ?
Welcher mittlere Luftwechsel entsteht über 24 Stunden betrachtet ?
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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
Berechnung des Lüftungswärmeverlustes
Ausgehend vom Nettoraumvolumen muß davon ausgegangen werden, dass bei normaler Nutzung
Stündlch eine Luftmenge, die dem 0,6 – 0,7 fachen des Raumvolumens entspricht ausgetauscht wird.
Die Luft hat die Temperatur ie außen herrscht,. Sie muß auf die gewünschte Innentemperatur
Erwärmt werden.
Legende:
Qv
N
V
Ro
c
Delta Theta
T
Lüftungswärmebedarf
Luftwechsel in der Stunde (im Mittel 0,7 / h)
Nettoluftvolumen der belüfteten d.h. beheizten Räume (i.d.Regel 0,8 x Bruttovolumen)
spezifisches Gewicht der Luft (1,2 kg/m3)
Wärmekapazität der Luft (0,28 W/kg *K)
Temperaturunterschied zwischen Innenluft und Außenluft in dem betrachteten Zeitraum
(K)
Betrachteter Zeitraum (h)
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Modul 2.4 Baukonstruktion – Teilmodul Klimadesign – Sommersemester 2011
Übung:
Welcher Wärmeverlust durch Lüftung entsteht im Januar (bzw. in der Heizzeit),
wenn der Nutzer das beschriebene Lüftungsverhalten an allen Tagen beibehält ?
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Fragen
Wie stark muss die Kalksandsteinwand (Seite 3) ohne Dämmung sein, damit sie den gleichen
Wärmedurchgangskoeffizienten besitzt wie die Wand mit Dämmung ?
Welchen U-Wert hat die Wand auf Seite 3, wenn sie eine Dämmung mit einer Stärke von 24 cm und
der Wärmeleitfähigkeitsgruppe 035 erhält ?
Würde sich der Wert verändern, wenn anstelle einer hinterlüfteten Fassade ein sogenanntes
Wärmedämmverbundsystem aufgebracht werden würde ?
Berechnen Sie den Wärmeverlust durch die Wand auf Seite 3 an einem Wintertag, im Januar und in
der Zeit von Oktober bis April am Standort München. Die Wandfläche beträgt 100 m2.
Berechnen Sie U- Wert und den Wärmeverlust an der Wand, indem Sie angefangen bei 0 cm
Dämmung in regelmäßigen 6 cm Sprüngen die Dämmung bis 30 cm verstärken.
Werten Sie das Ergebnis grafisch aus.
Um wieviel Prozent reduziert sich der Wärmeverlust der Wand auf Seite 3 bei einer Erhöhung der
Dämmung von 6 auf 12 cm ?
Um wieviel Prozent verändert sich der Energiebedarf eines von Ihnen geplanten Gebäudes wenn
- die Fensterfläche auf der Südseite um 10 % erhöht wird.
- die Fensterfläche auf der Nordseite um 10 % reduziert wird
Untersuchen Sie den Sachverhalt der Kompaktheit bei einem Einfamilienhaus, einem Reihenmittelund Reihenendhaus mit gleicher Wohnfläche und gleicher Qualität der Hüllfläche und stellen Sie das
Ergebnis dar.
Welche Dämmstärke empfehlen Sie bei einem Neubau ?
Halten Sie es für sinnvoller auf einer Altbaufassade (1000 m2) 20 cm Dämmung oder auf
Altbaufassaden (je 250 m2) 6 cm Dämmung aufzubringen ?
Vergleichen Sie die Kosten und die erzielte Energieeinsparung.
Welche Verglasung empfehlen Sie auf einer Süd – und einer Nordseite ?
Welche Energieeinsparung bringt die Verglasung mit 3-fach Wärmeschutzglas (U=0,7 W/m2K) im
Vergleich zu einer optimierten Zweifach-Verglasung (U-Wert 1,0 W/m2K) bei gleichem Rahmen ?
In einem Wohnzimmer (60 m3) halten sich über 4 Stunden 8 Personen auf. Welcher Luftwechsel ist
der Aufenthaltszeit erforderlich ?
Welcher mittlere tägliche Luftwechsel stellt sich ein, wenn danach das Fenster geschlossen bleibt ?
Ein Nutzer hat folgendes Lüftungsverhalten:
Er öffnet an einem Tag (24 h) das Fenster dreimal für jeweils 15 Minuten.
Der Raum hat ein Volumen von 60 m3.
Welcher Luftwechsel entsteht in der Zeit der Fensteröffnung ?
Welcher mittlere Luftwechsel entsteht über 24 Stunden betrachtet ?
Welcher Wärmeverlust durch Lüftung entsteht im Januar (bzw. in der Heizzeit), wenn der Nutzer das
beschriebene Lüftungsverhalten an allen Tagen beibehält ?
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Ein Fenster aus Aluminium hat nach Herstellerangaben einen Uf-Wert von 1,74 W/m2 K, es ist mit
einem Dreifachglas verglast, das einen Ug-Wert von 0,7 W/m2K hat. Das Glas hat einen thermisch
verbesserten Randverbund (Abstandshalter aus Kunststoff) und eine glasteilende Quersprosse.
Die Größe des Fensters ist 1,00 m x 2,20 m. Der Rahmenanteil beträgt 28 %.
Bestimmen Sie den Rechenwert Uw,Bw.
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Links
Klima
www.dwd.de
Wetterdaten weltweit
www.klimadiagramme.de
Wetterdaten
www.volker-quaschning.de
Interessante Informationen zur Nutzung der Solarenergie
Produkte:
Transparente Baustoffe:
www.semcoglas.com
www.uniglas.de
www.interpane.de
Produktangaben von Gläsern
www.glasfischer.de
Gläser mit Folie als zusätzliche Teilung.
Schallschutzgläser mit hoher Dämmung
www.glassx.ch
Latentspeicher in Fassadenelement
www.schwarz-architektur.ch
Anwendung von Latentspeichern
www.schueco.de
Vakuumdämmung als Paneel für Metallfassaden
www.boetker.de
Metallfassaden mit Vakuumdämmung als Paneel
www.twd
Informationen über transparente Wärmedämmung
www.raico.de
Pfosten-Riegel-Fassaden mit Uw,bw von
0,8 W/qmK
www.prokulit.de
Tageslichtelemente aus Kunststoff
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Opake Baustoffe
www.waermedaemmstoffe.com
Übersicht über alle Dämmstoffe (auch innovative Dämmstoffe mit Links zu Herstellern)
www.schoeck.de
Trennung von Bodenplatten, Sockelsteine zur Vermeidung von Wärmebrücken
www.gap-solar.de
Wärmedämmung aus Kartonwaben
www.va-q-tec.de
Hersteller von Vakuumdämmung
www.porextherm.de
Hersteller von Vakuumdämmung mit Anwendungszeichnungen
www.schaumburg.de
Innendämmung mit Lehmputzen
www.gutex.de
Innendämmung mit Holzfaserplatte
www.inthermo.de
WDVS mit Holzfaserplatte (baubiologisch geprüft)
Vertiefung:
www.zae-bayern.de
Innovative Produkte u. Verfahren zur Energieoptimierung
(z.B. Vakuumdämmung)
www.waerme-plus.de
Viele Informationen und nützliche Tools
http://www.window.de/index.php?id=Datenblaetter
Informationen zu Fenstern, auch bestehende Fensterkonstruktionen
www.passiv.de
Homepage des Passivhausinstitutes. Hier kann auch das Passivhaus-Projektierungspaket bestellt
werden.
www.minergie.ch
In der Schweiz hat sich im Vergleich zum Passivhausstandard der Minergiestandard etabliert, der
wiederum differenzierte Zielgrößen definiert.
www.igpassivhaus.de
Interessengemeinschaft überregional tätig
www.passivhausaustellung.de
Liste zahlreicher Firmen, die Passivhaus taugliche Bauteile anbieten.
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