Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes im

Fakultät Architektur
Institut für Bauklimatik
Professur für Technischen Ausbau und Klimagerechtes Bauen
Michael Penseler
Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes
im Gebäude der Kleinwachauer Werkstätten
Verbesserungen am Bestand
Jedes Gebäude wird mit dem Zweck errichtet, eine
gewisse Funktion zu erfüllen, sei es das Wohnen, das
Arbeiten oder die Freizeitgestaltung. Die Aufgabe der
ArchitektInnen und planenden Personen ist es, die
Konstruktion so zu gestalten, dass die jeweilige Funktion erfüllt werden kann. Doch was passiert, wenn
nach Fertigstellung des Gebäudes festgestellt wird,
dass ein Raumklima vorherrscht, welches die Nutzung
einschränkt?
Im Fall der Kleinwachauer Werkstätten im Nord-Osten
Dresdens ist genau das der Fall. Das Obergeschoss
heizt sich im Sommer so sehr auf, dass eine entsprechende Nutzung als Werkstatt kaum noch möglich ist.
Analyse
Im Sächsischen Epilepsiezentrum Radeberg - Kleinwachau leben und arbeiten hauptsächlich Menschen mit
speziellen Bedürfnissen. Hitze gilt als einer der Risikofaktoren für epileptische Anfälle.1 Dementsprechend
ist eine nachträgliche Verbesserung des sommerlichen
Wärmeschutzes besonders relevant.
Nacht kann über den Tag kaum gehalten werden. Die
leichte Bauweise und die daraus resultierenden geringen Speichermassen führen somit zu den starken TagNacht-Schwankungen.
Maßnahmenkatalog
Die aus der ersten Simulation gewonnenen Erkenntnisse lassen das Festlegen dreier prinzipieller Stellschrauben für die Verbesserung zu. Durch das aufstellen spezifischer Maßnahmen können sie in einem
weiteren Schritt konkretisiert und dann mit Therakles
simuliert werden.
•
A Wärmelastbegrenzung
A1 Entfernung Oberlicht
A2 Oberlicht abdunkeln
A3 Extensive Dachbegrünung
A4 Fenster durch Paneele ersetzen
A5 Sonnenschutzfolie Fassadenfenster
•
B Begünstigte Wärmeabführung Nacht
B1 Flügelfenster kippen
B2 Flügelfenster öffnen
B3 Dachfenster nachrüsten
•
C Speichermasse erhöhen, PCM
C1 Betonspeicher
C2 Wasserspeicher
C3 PCM - Porenbetonwand
C4 PCM - Dachkonstruktion
Klimatische Raumsimulation - Innen- und Außentemperatur Bestand (Quelle: Therakles)
Die aus dem Ausgabediagramm abzulesenden hohen
Innenraumtemperaturen lassen sich vor allem durch
die eindringende solare Strahlung und die über die Außenbauteile eingeleitete Wärme begründe.
Außerdem ist festzustellen, dass der Innenraum über
die Nächte abkühlt, aber wesentlich wärmer als der
Außenraum bleibt. Die niedrige Raumtemperatur der
Simulationsergebnisse Empfehlung
Die Temperaturschwankungen des Tag-Nachtzyklus
bleiben prinzipiell bestehen. Während der Nacht kühlt
der Raum im Vergleich zur Bestandssituation stärker
ab. Die erreichte Temperaturdifferenz wird über den Tag
gehalten und erhöht sich durch die verringerte Wärmebelastung. Eine Absenkung der Temperaturspitzen um
ca. 1,9 Kelvin ist zu verzeichnen.
Für die vorgeschlagenen und in die abschließende Simulation eingegangenen Maßnahmen sind keine oder
nur geringe Folgekosten zu erbringen. Die zu erbringenden Schritte sind passiv und umweltfreundlich.
Die positive Beeinflussung des Raumklimas wirkt sich
direkt auf die Behaglichkeit der NutzerInnen aus und
eine Einschränkung der Funktionalität der Kleinwachauer Werkstätten kann aufgehoben werden. Dies
bestätigt auch das Einlesen der ganzjährigen Daten
der abschließenden Simulation in ein Excel-Tool zum
Nachweis des Raumklimas. Die Übertemperaturstunden können im Vergleich zum Bestand um 75% - 87%
gesenkt werden.
Gebäude der Kleinwachauer Werkstätten (Quelle: www.kleinwachau.de)
Um die Auswirkungen möglicher Veränderungen im
Bereich der Nutzung oder Konstruktion abschätzen zu
können, wird in einem ersten Schritt eine klimatische
Raumsimulation des Bestandes mit der Software Therakles erfolgen. Anhand der angenäherten Klimawerte
des Innenraumes kann in der Folge überprüft werden,
wie sich das Verändern einzelner Parameter auf das
Innenraumklima auswirkt.
aufgestellt werden, um die Speichermasse zu erhöhen. Eine Simulation der kombinierten empfohlenen
Maßnahmen zeigt die Veränderung im Bezug auf den
Bestand.
Beispiel Auswirkungen Gruppe A Wärmelastbegrenzung
Nachweis Raumklima
Ergebnisse/Fazit
Mit Hilfe der Simulationsergebnisse können die einzelnen Maßnahmen im Bezug auf ihren Nutzen und ihre
Umsetzbarkeit bewertet werden. Eine Kombination
der am sinnvollsten erachteten Maßnahmen soll anhand einer weiteren Simulation zeigen, inwiefern der
sommerliche Wärmeschutz im Gebäude der Kleinwachauer Werkstätten verbessert werden kann.
Die einzelnen Maßnahmen ergaben unterschiedlich
hohe zu erwartende Auswirkungen auf das Innenraumklima. Einige sind mit sehr hohem Montageaufwand
(A1), weiterführenden statischen Berechnungen (A3)
oder sehr hohem Kostenaufwand (C3) verbunden.
Dementsprechend wird eine Kombination unterschiedlicher Schritte empfohlen um das Raumklima behaglich zu gestalten. So kann durch das Abdunkeln des
Oberlichtes durch eine Bestreichung mit Farbe oder einer temporären Verbauung mit Holzplatten (A2), dem
Aufbringen von Sonnenschutzfolie (A5) und der erhöhten Nachtluftwechselrate durch das Kippen der Flügelfenster eine erhebliche Verbesserung erzielt werden.
Obligatorisch können zusätzlich Wasserspeicher (C2)
Überschreitungsstunden Innentemperatur
DIN 15251
Oberer Grenzwert 1)
Kategorie I
Kategorie II
Kategorie III
DIN 4108-2
Anzahl in h
14
1
0
in %
0
0
0
Unterer Grenzwert 2)
Anzahl in h
2830
1576
806
in %
1
0
0
3)
Sommerklimaregion
A
B
C
Bezugs-wert
25 °C
26 °C
27 °C
Übertemperaturgradstunden in Kh/a
198
91
34
Wohngebäude
198
91
34
Nichtwohngebäude
198
91
34
PHPP 4)
Grenzwert Raumtemperatur
25 °C
26 °C
Überschreitungsdauer
in h
in %
8
bis:
138
79
0
0
Nutzungszeit
Montag - Sonntag
von:
16
Anmerkungen
1)
Anzahl der Stunden in denen die Operative Temperatur über den oberen Grenzwerten nach DIN
15251 (Kategorie I-III) liegt
2)
Anzahl der Stunden in denen die Operative Temperatur unter den unteren Grenzwerten nach DIN
15251 (Kategorie I-III) liegt
3)
Übertemperaturgradstunden bezogen auf die Operative Temperatur. Abhängig von Klimaregion und
Gebäudenutzung (Wohngebäude: max. 1200 Kh/a, Nichtwohngebäude: max. 500 Kh/a)
4)
Anzahl der Stunden in denen die Operative Temperatur über 25 °C bzw. 26 °C liegt
Die Auswertungen erfolgen über den Zeitraum von einem gesamten Jahr in Abhängigkeit von der
Nutzungszeit.
1 K. Mayer. Epilepsie Einschränkungen. http://www.neuro24.de/epilepsie_einschraenkungen.htm. (Stand vom: 06.12.2014)
Modul: PRO_WissA, Wintersemester 2014/2015
Seminartitel: Verbesserung des sommerlichen Wärmeschutzes im Gebäude der Kleinwachauer Werkstätten
Betreuer: Dipl.-Ing. Martin Pohl
Dipl.-Ing. Jens Tetschke