Dipl.-Ing. Ingo Heusler. +49 (0) 8024 / i Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung

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1 Erarbeitung einer vereinfachten Berechnungsmethode für Doppelfassaden für die Integration in die deutsche EPBD- Energieeffizienzbewertungsmethode DIN V Dipl.-Ing. Ingo Heusler +49 (0) 8024 / ingo.heusler@ibp.fraunhofer.de i 1

2 Inhalt des Vortrags 1. Ausgangslage 2. Ziele des Forschungsvorhabens 3. Vorgehensweise 4. Nächste Schritte 2

3 Ausgangslage Wintergartenmodell DIN V n ue = 10 h -1 starre Randbedingungen zu pauschale Bewertung unterschiedlicher Doppelfassaden- systeme 3

4 Ausgangslage Derzeitige Pauschalierungen im Berechnungsansatz für Glasdoppelfassaden (GDF) nach DIN V 18599: Berechnung des Wärmetransferkoeffizienten für Lüftung zwischen dem Fassadenzwischenraum und außen (H V,ue ) bei starrem Luftwechsel n ue von 10 h -1 Modell setzt geschossweise Unterteilung der Doppelfassade voraus In der Regel kein Luftaustausch zwischen Gebäudezone (innen) und Fassadenzwischenraum angesetzt (H V,iu = 0) 4

5 Ziele des Forschungsvorhabens Schaffung eines genaueren Rechenmodells für Glasdoppelfassaden innerhalb der DIN V Anpassung des bestehenden Wintergartenmodells durch variable Randbedingungen Genauere Ermittlung des Nutzenergiebedarfs für Heizung und Kühlung bei Gebäudezonen mit GDF Möglichkeit der Berechnung unterschiedlicher, marktüblicher Doppelfassadentypen 5

6 Ziele des Forschungsvorhabens Angestrebter Berechnungsansatz DIN V n ue = f(z. B. Doppelfassadentyp, Standort) R su = f(z. B. n ue ) 6

7 Ziele des Forschungsvorhabens Angestrebter Berechnungsansatz für GDF in DIN V 18599: Charakteristischer Außenluftwechsel im Fassadenzwischenraum in Abhängigkeit wesentlicher Eigenschaften der Doppelfassade oder des Standorts Genauere Bestimmung des äußeren Wärmeübergangswiderstands der Trennwand zwischen Gebäudezone und Doppelfassade (derzeit als Innenbauteil berechnet) 7

8 Vorgehensweise A) Literaturauswertung B) Freilanduntersuchungen am Institutsstandort Holzkirchen C) Instationäre Simulation der Versuchsräume 8

9 A) Literaturauswertung Parallel zu den Versuchen und Simulationsrechnungen werden bereits durchgeführte Untersuchungen (z. B. Projekt Bestfacade) bzw. Literatur ausgewertet und bei der Entwicklung des neuen Bewertungsansatzes berücksichtigt. 9

10 B) Freilanduntersuchungen Zwei westorientierte Versuchsräume am VERU-Gebäude: Versuchseinrichtung für energetische und raumklimatische Untersuchungen - VERU EG-M1 EG-S1 10

11 B) Freilanduntersuchungen VERU Erdgeschoss EG-M1 GDF EG-S1 W N O S 11

12 B) Freilanduntersuchungen Einscheiben- Verglasung Wärmeschutzverglasung Lüftungsöffnung Sonnenschutz im Fassadenzwischenraum an Wärmeschutzverglasung Kühldecke Schnitt EG-M1 Lüftungsöffnung 12

13 B) Freilanduntersuchungen 2-Scheiben- Verglasung Wärmeschutzverglasung Lüftungsöffnung Sonnenschutz innerhalb der 2- Scheiben- Verglasung Kühldecke Schnitt EG-S1 Lüftungsöffnung 13

14 B) Freilanduntersuchungen + Wetterstation IBP Holzkirchen q Decke θ OFT P Beleuchtung + Hilfsenergie Lüftung (Zu-/Abluft) V &, θ θ RL θ GDF I e Kühlung (Vor-/Rücklauf) m&, θ θ OFT q Wand E I i L θ O rel.f θ RL θ OFT q Glas θ GDF p Luft P Heizung θ RL v Luft θ GDF P IWQ q Boden θ OFT 14

15 B) Freilanduntersuchungen Ziele der Freilanduntersuchungen (September 2007 Juni 2008) 1. Ermittlung der Potenziale der beiden Doppelfassaden- Extreme im Versuch 2. Validierung der Simulationsmodelle anhand von Messungen Versuchsraum S1 als best case optimiertes sommerliches WärmeverhaltenW Versuchsraum M1 als worst case schlechtes sommerliches WärmeverhaltenW 15

16 B) Freilanduntersuchungen Variation der Versuchsrandbedingungen 1. Steuerung Lüftungsklappen (geöffnet, geschlossen, teilgeöffnet) 2. Belüftung Büroraum über Doppelfassade Zuluft über Doppelfassade, Abluft mechanisch Erhöhte hte Nachtlüftung als Ergänzung zur mechanischen Be- und Entlüftung 16

17 B) Freilanduntersuchungen Exemplarische Messdaten Strahlungsreicher Tag 0,30 EG-S1 0,30 EG-M1 0,25 0,25 Luftgeschwindigkeit [m/s] 0,20 0,15 0,10 Luftgeschwindigkeit [m/s] 0,20 0,15 0,10 0,05 0,05 0, Uhrzeit 0, Uhrzeit LG GDF 0,10m (0,11) LG GDF 1,10m (0,10) LG GDF 0,10m (0,12) LG GDF 1,10m (0,12) 17

18 B) Freilanduntersuchungen Exemplarische Messdaten Strahlungsreicher Tag EG-S1 EG-M ca. 6 C Temperatur [ C] Behanglänge [%] Temperatur [ C] Behanglänge [%] Uhrzeit LT GDF 0,10m (17,6) LT GDF 1,10m (18,6) LT GDF 3,00m (19,5) AussenIBP (15,9) Raum110T (22,6) Behang (18,7) Uhrzeit LT GDF 0,10m (18,4) LT GDF 1,10m (19,1) LT GDF 3,00m (19,9) AussenIBP (15,9) Raum110T (22,2) Behang (19,0)

19 C) Instationäre Simulation Thermisch-energetische energetische Simulation mit TRNSYS 16 (Transient System Simulation Program) 19

20 C) Instationäre Simulation Seitenpaneel_DF top: 2,02 m² bot: 0,77 m² Deckenpaneel_DF 2,57 m² 0,30 m Grundvariante (3-Zonen Zonen-Modell Raum M1) Zwischenwand_M1_N1 11,48 m² Tür_M1_N1 2,65 m² Fenster 9,50 m² Zonenvolumen DF_top: 7,42 m³ 3,38 m Zonenvolumen Office: 52,0 m³ Höhe über Grundniveau: 10 m Zwischenwand_R1_R2 12,44 m² Fenster 2,94 m² Zonenvolumen DF_bot: 2,83 m³ 0,80 m Boden 15,4 m² 3,68 m 0,30 m 0,70 m 4,18 m Zwischenwand_S1_M1 12,25 m² Tür_S1_M1 1,88 m² 20

21 C) Instationäre Simulation Variation von Systemeigenschaften / äußeren Einflüssen Einzelparameter Öffnungsfläche Lüftungsklappen Tiefe Fassadenzwischenraum Rahmenanteil außen Verglasung außen Wert 1 0,0 m² (0 %) 1,5 m 10 % U /g g /τ e = 5,5/0,90/0,89 (Einfachglas) Wert 2 1,4 m² (ca. 10 %) 1,0 m 20 % U /g g /τ e = 2,8/0,76/0,69 (Doppelverglasung) Wert 3 2,1 m² (ca. 15 %) 0,5 m 30 % U /g g /τ D65 = 1,0/0,26/0,55 (2-fach Sonnenschutz) Wert 4 2,8 m² (ca. 20 %) 0,75 m U /g g /τ D65 = 1,1/0,39/0,64 (2-fach Sonnenschutz) Sonnenschutz im Fassadenzwischenraum Jalousie äußere Verglasung Jalousie innere Verglasung Screen äußere Verglasung Screen innere Verglasung Farbe Sonnenschutz weiß grau Fensterflächenanteil innen 100 % 75 % 50 % 25 % Verglasung innen U /g g /τ D65 = 2,8/0,76/0,82 (2-fach Isolier) U /g g /τ D65 = 1,4/0,62/0,75 (2-fach Wärmeschutz) U /g g /τ D65 = 1,1/0,59/0,77 (2-fach Wärmeschutz) U /g g /τ D65 = 0,63/0,42/0,64 (3-fach Wärmeschutz) innenliegender Blendschutz (nah vor innenliegender Verglasung) Vertikaljalousie Farbe Blendschutz okker Orientierung Doppelfassade Nord Ost/West Süd 21

22 C) Instationäre Simulation Simulationsrechnungen an der durch Messungen validierten Grundvariante Variation der Systemeigenschaften / äußeren Einflüsse in der Simulation Bestimmung, welche Systemeigenschaften sich maßgeblich auswirken Ermittlung von Kennlinien für diese Systemeigenschaften / äußeren Einflüsse 22

23 Nächste Schritte Systematische Messdatenauswertung und analyse Durchführung von Einzelversuchen Validierung des weitgehend fertiggestellten TRNSYS- Modells anhand der gewonnenen Messdaten Simulationsrechnungen Vergleich der Mess- und Rechenergebnisse mit bestehenden Untersuchungen / Literatur Ausarbeitung des neuen Rechenmodells Verfassen des Abschlussberichtes 23