Vortrag Aktionskreis Energie

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1 Vortrag Aktionskreis Energie EnEV 2014: Zu errichtende Gebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz eingehalten werden. DIN : Durch Mindestanforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz soll die sommerliche thermische Behaglichkeit in Aufenthaltsräumen sichergestellt und eine hohe Erwärmung der Aufenthaltsräume vermieden und der Energieeinsatz für Kühlung vermindert werden. Folie 1

2 EnEV: Theorie und Realität der Energiebedarfsberechnungen Gebäudesimulation nach DIN : keine Rückschlüsse möglich: Theorie Realität? Folie 2

3 EnEV Anforderungen Anforderungen der DIN sind einzuhalten Begrenzung der Sonnenenergieeintragswerte nach Nr. 8.3 oder die Übertemperatur-Gradstunden nach Nr. 8.4 sind einzuhalten Es reicht aus die Berechnungen auf die Räume oder Raumbereiche zu beschränken, für welche die Berechnungen zu den höchsten Anforderungen führen würde. Kritische Räume Bei Kühlung sind bauliche Maßnahmen vorgeschrieben, wenn diese wirtschaftlich sind. Folie 3

4 DIN Im Zusammenhang mit allgemeinen Energieeinsparungsmaßnahmen im Hochbau muss darauf geachtet werden, dass durch bauliche Maßnahmen, verbunden mit der Nutzung eines Gebäudes, nicht unzumutbare Temperaturbedingungen in Gebäuden entstehen, die maschinelle und energie-intensive Kühlmaßnahmen zur Folge haben. Daher muss bereits in der Planungsphase eines Gebäudes der sommerliche Wärmeschutz mit einbezogen werden, damit bereits durch bauliche Maßnahmen weitgehend verhindert wird, dass unzumutbare hohe Innentemperaturen entstehen. Folie 4

5 Wärmeschutztechnische Maßnahmen bei der Planung von Gebäuden DIN Gesamtenergiedurchlassgrad g-wert der Fenster Sonnenschutzeinrichtungen Fensterfläche (im Verhältnis zur Raumfläche) Himmelsrichtung der Fenster Neigung der Fenster Lüftung der Räume Wärmekapazität innen liegender Bauteile (leichte-mittlereschwere Bauart) Wärmeleiteigenschaften nichttransparenter Bauteile (U-Wert, Absorptions- Reflektionseigenschaften) Nachtlüftung, Passive Kühlung Folie 5

6 Tageslichtnutzung In Abhängigkeit von der Sonnenschutzmaßnahme ist aber darauf zu achten, dass die Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht nicht unzulässig herabgesetzt wird (siehe auch DIN ). Bei Büro-, Verwaltungs- und ähnlich genutzten Gebäuden, mit einer für den Sommer erforderlichen Tageslichtergänzungsbeleuchtung, sollte diese zur Vermeidung von sommerlichen Überhitzungen geregelt erfolgen. Vor einer Tageslichtergänzungsbeleuchtung sollte eine Sonnenschutzvorrichtung mit Tageslichtoptimierung zum Einsatz kommen. Folie 6

7 Kritischer Raum Der Nachweis zur Einhaltung der Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz ist nach 8.3 mindestens für den Raum zu führen, der im Rahmen des Anwendungsbereichs zu den höchsten Anforderungen des sommerlichen Wärmeschutzes führt. Räume mit nach zwei oder mehr Richtungen orientierten Fensterflächen, insbesondere Südost- oder Südwestorientierungen, sind im Allgemeinen ungünstiger hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes als Räume mit einseitig orientierten Fensterflächen. Dachraum?, Innenliegender Raum?, hochgelegener Raum? Folie 7

8 Sommerklimaregion A Sommerkühl B Gemäßigt C Sommerheiß Folie 8

9 Auswahl Referenzklima EnEV: Ein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz nach 3 Absatz 4 liegt auch vor, wenn mit einem Verfahren (Simulationsrechnung) nach DIN : Abschnitt 8.4 gezeigt werden kann, dass unter den dort genannten Randbedingungen die für den Standort des Wohngebäudes in Tabelle 9 dieser Norm angegebenen Übertemperatur- Gradstunden nicht überschritten werden. Richtlinie zu baulichen und planerischen Vorgaben für Baumaßnahmen des Bundes zur Gewährleistung der thermischen Behaglichkeit im Sommer (2008): Für besondere städtische Lagen mit dichter Nachbarbebauung ist die Simulation zusätzlich mit einer um 2 K erhöhten Außentemperatur durchzuführen. Folie 9

10 Bauarten ohne Nachweis Folie 10

11 Vorhandener Sonneneintragswert Folie 11

12 Abminderungsfaktor F C Folie 12

13 Abminderungsfaktor F S nach DIN V Folie 13

14 Zulässiger Sonneneintragswert Folie 14

15 Nachtlüftung Aber bei Simulation: Wird in den Simulationsrechnungen die erhöhte oder hohe Nachtlüftung berücksichtigt, so ist ein Sonnenschutz vorzusehen, mit dem g tot 0,4 erreicht wird! Folie 15

16 Schwere der Bauart Ohne Nachweis der wirksamen Wärmekapazität ist von leichter Bauart auszugehen, wenn keine der im Folgenden genannten Eigenschaften für mittlere oder schwere Bauart nachgewiesen sind. Vereinfachend kann von mittlerer Bauart ausgegangen werden, wenn folgende Eigenschaften vorliegen: Stahlbetondecke; massive Innen- und Außenbauteile (flächenanteilig gemittelte Rohdichte 600 kg/m3); keine innenliegende Wärmedämmung an den Außenbauteilen; keine abgehängte oder thermisch abgedeckte Decke; keine hohen Räume (> 4,5 m) wie z. B. Turnhallen, Museen usw. Von schwerer Bauart kann ausgegangen werden, wenn folgende Eigenschaften vorliegen: Stahlbetondecke; massive Innen- und Außenbauteile (flächenanteilig gemittelte Rohdichte 1600 kg/m3); keine innenliegende Wärmedämmung an den Außenbauteilen; keine abgehängte oder thermisch abgedeckte Decke; keine hohen Räume (> 4,5 m) wie z. B. Turnhallen, Museen usw. Folie 16

17 S zu nach alter DIN Folie 17

18 Vergleich alte neue DIN Beispielraum: 25m² Grundfläche, 10 m² Fenster, 5 m² Außenwand, Berlin, leichte Bauart Alte DIN : f gew =(10m²+0,3*5m²+0,1*0m²Außendecke)/25m² S zu =0,015+0,06*0,46=0,0426 Neu DIN : S zu =0,056+0,06-(0,231*10m²/25m²)=0,0236 Der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes wird schwerer! Folie 18

19 Ist eine Raumsimulation eine Gebäudesimulation? EnEV Anlage 1 Nr.3.3 Begrenzung der Übertemperatur-Gradstunden: Ein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz nach 3 Absatz 4 liegt auch vor, wenn mit einem Verfahren (Simulationsrechnung) nach DIN : Abschnitt 8.4 gezeigt werden kann, dass unter den dort genannten Randbedingungen die für den Standort des Wohngebäudes in Tabelle 9 dieser Norm angegebenen Übertemperatur- Gradstunden nicht überschritten werden. DIN Abschnitt 8.4: 8.4 Anforderungen und Randbedingungen für thermische Gebäudesimulationen Insbesondere, wenn die Anwendbarkeit des in 8.3 beschriebenen vereinfachten Verfahrens ausgeschlossen ist, ist zur Bewertung der thermischen Verhältnisse eine dynamisch-thermische Simulationsrechnung durchzuführen... Im Rahmen der Nachweisführung ist unter Zugrundelegung der jeweils geltenden Bezugwerte der operativen Innentemperatur nachzuweisen, dass im kritischen Raum des zu bewertenden Gebäudes der in Tabelle 9 angegebene Übertemperaturgradstunden-Anforderungswert nicht überschritten wird. Folie 19

20 Raumsimulation Folie 20

21 Was ist eine dynamisch-thermische Gebäudesimulation? Keine allgemeingültige Definition auffindbar DIN schreibt eine: Nachweisführung unter Verwendung thermischer Gebäudesimulationen (mindestens auf Stundenbasis) vor. Die Richtlinie für Baumaßnahmen des Bundes schreibt vor: Das verwendet Simulationsprogramm soll dem international eingführten Standard nach dem BESTTEST-Verfahren oder den Anforderungen nach VDI 6020 entsprechen. Hierzu ist grundsätzlich ein Nachweis zu erbringen, insbesondere dann, wenn das eingesetzte Programm nicht nach eingeführten Testverfahren überprüft wurde. Die Simulation soll sich an den Verfahren orientieren, die in den Normen EN ISO und EN ISO beschrieben wurden. Solarcomputer und Dämmwerk haben ihre Software selbst an EN ISO 13791/92 überprüft validiert Folie 21

22 TRNSYS - Transient System Simulation Program Folie 22

23 Solarcomputer Folie 23

24 Gebäudesimulation Grenzwerte Folie 24

25 Erste Ergebnisse Dämmwerk: 9 Kh Folie 25

26 Veröffentlichung Axel C. Rahn Deutsches Ingenieurblatt Folie 26

27 Parameter Absorptionsgrad etc. Folie 27

28 Ergebnisse Solarcomputer Simulationsergebnisse Übertemperaturstunden Raumvariante [Kh] 1 Außenwand, 1 Fenster Geschossdecke und -boden Kh 1 Außenwand, 1 Fenster Dach und Geschossboden Kh 1 Außenwand, 1 Fenster Dach, Geschossboden, hohe Nachtlüftung Kh 4 Außenwände, 4 Fenster Dach, Geschossboden Kh 4 Außenwände, 4 Fenster, Dach, Geschossboden, hohe Nachtlüftung Kh 4 Außenwände, 4 Fenster, Dach, Geschossdecke, Holzbauteile Kh 4 Außenwände, 1 Fenster Dach, Geschossdecke Kh 4 Außenwände, 1 Fenster Dach, Sonnenschutz innen Kh 4 Außenwände, 1 Fenster, Sonnenschutz außen 161 Kh Beispielraum 25m², Höhe 3m, U-Werte nach Referenzgebäude EnEV Folie 28

29 Quintessenz (das fünfte Element) ;-) Fraglich ob eine Raumsimulation eine Gebäudesimulation ist Die Ergebnisse der Programme müssten vergleichbar sein und mit der Realität übereinstimmen Die Anforderungen an das Raum- oder Gebäudemodell müssten eindeutig beschrieben werden Solarcomputer errechnet sehr hohe Übertemperaturstunden und liefert damit die gleichen Ergebnisse wie das Sonneneintragswert- Verfahren Dämmwerk errechnet sehr niedrige Übertemperaturstunden, die Ergebnisse stimmen aber nicht mit der praktischen Erfahrung überein. Dämmwerk macht außenliegenden Sonnenschutz zumindest theoretisch und im öffentlich-rechtlichen Nachweis überflüssig. Außenliegende Sonnenschutz ist der beste Schutz vor Überhitzung Folie 29

30 Kosten Software Solarcomputer Bauteile Hochbau U-Wert Sommerlicher Wärmeschutz DIN Schulung (1 Tag) Dämmwerk Paket Thermische Simulation inkl. Basismodul Schulung (1/2 Tag) 510,- Euro 1.290,- Euro 95,-Euro 600,- Euro 160,- Euro Folie 30

31 Bestätigung der Theorie durch die Praxis Eddington zeigte vor 100 Jahren, als Kriegsdienstverweigerer im 1. Weltkrieg, die praktische Gültigkeit von Einsteins Relativitätstheorie. Er wies die Krümmung des Raums durch das Schwerefeld der Sonne nach, indem er die Ablenkung des Sternenlichts während einer Sonnenfinsternis messtechnisch nachwies. Naturwissenschaftliche Theorien erhalten ihre Gültigkeit durch die Bestätigung im praktischen Experiment. Eines Tages ist die Energiebedarfsrechnung vielleicht auch soweit. Zu unserem Trost lässt sich sagen, das die Messtechnische Bestätigung Eddingtons sich später als zu ungenau erwies. Arthur Stanley Eddington ( ) Folie 31

32 Danke für die Aufmerksamkeit! [Diercke] Folie 32

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