Sommerlicher Wärmeschutz Verschärfte Anforderungen an die Nachweispflicht

Transkript

1 Sommerlicher Wärmeschutz Verschärfte Anforderungen an die Nachweispflicht Prof. Dipl.-Ing. Michael Schuchardt Fachbereich Bauwesen Vortrag im Rahmen der BAUTAGE MITTELRHEIN 2016

2 Fachbereich Bauwesen Bauphysik Konstruktion Fassade Das Team Prof. Dipl. Ing. M. Schuchardt Prof. Dipl. Ing. (FH) M. Zerwas Prof. Dr. Ing. M. Breitbach Dipl. Ing. (FH) O. Leif koblenz.de koblenz.de koblenz.de koblenz.de Raum N013 Tel.: 0261/ Fax: 0261/ Raum N Tel.: 0261/ Fax: 0261/ Raum N012 Tel.: 0261/ Fax: 0261/ Raum N013 Tel.: 0261/ Fax: 0261/ Lehre und Forschung Bauphysik Baukonstruktion Fassadenkonstruktion + Labor Lehre und Forschung Bauphysik Baukonstruktion Physiklabore Lehre und Forschung Baustoffkunde Amtl. Prüfstelle nicht metallische Baustoffe Leiter Labore und Prüfstellen

3 Fachbereich Bauwesen Bauphysik Konstruktion Fassade Tätigkeitsfelder Lehre Entwicklung / Anwendungsforschung Prüfung Zulassungen () Praxis / Begutachtungen Abb. Prüfzentrum Fassade

4 Fotos: Labore

5 Sommerlicher Wärmeschutz Verschärfte Anforderungen an die Nachweispflicht Inhalt Energie- Einspar- VO Überblick Rechnerische Nachweise Gesetzlich Grundlage Sommerlicher Wärmeschutz 3 und 4 EnEV Nachweisverfahren DIN : vereinfachtes Tabellenverfahren Beispiel Nachweisverfahren DIN : Simulationsverfahren Beispiel Abschlussbemerkungen

6 Energie- Einspar- VO Erforderliche Nachweise + Anwendungsvoraussetzungen - Neubauten Energieverluste Transmission Wärmebrücken Lüftung Warmwasser Nicht Wohngebäude Klima und Licht Energiegewinne Solar Intern QS Primärenergiebedarfsnachweis Q P [kwh/m²a] Wohngebäude mit Monatsbilanzverfahren (EN 832) in Deutschland auf Basis von DIN EN 4108 T6 (2003) und 4701 T10 (2006) Nicht Wohngebäude mit Monatsbilanzverfahren (EN 832) Mehrzonenmodell und iterativer Berechnung aller Energien nach DIN Vereinfacht sind auch Einzonenmodelle zulässig Haus Prof. Kranzler Endenergieaufwand e E Primärenergiefaktor f p Transport Umwandlung Gewinnung Anlagenaufwand (aus Endenergie und Primärfaktor) e p EnEV 2016 Q P,vorhanden < 0,75 * Q P,Referenzgebäude 2014

7 Energie- Einspar- VO Erforderliche Nachweise + Anwendungsvoraussetzungen - Neubauten Mindestwärmeschutz Wohngebäude Anlage 1 Tabelle 2 Mindestwärmeschutz Nicht - Wohngebäude Begrenzung der Bauteil U - Werte Zeil e Gebäudetyp Höchstwert H T Zeile Bauteil Höchstwerte U Θ i 19 C 12 C θ i < 19 C 1 Freistehendes Wohngebäude A N 350 m² 0,40 W/K je m² Hüllfläche 1 Opake Außenbauteile 0,35 W/m²K 0,5 W/m²K A N > 350 m² 0,50 W/Km² 2 Transparente Außenbauteile 1,90 W/m²K 2,80 W/m²K 2 Einseitig angebautes Wohngebäude 0,45 W/Km² 2 Vorhangfassaden 1,90 W/m²K 3,00 W/m²K 3 Alle anderen Wohngebäude 0,65 W/Km² 4 Erweiterungen und Ausbauten von Wohngebäuden gem. 9 Abs. 5 0,65 W/Km² 3 Glasdächer, Lichtbänder, Kuppeln 3,10 W/m²K 3,10 W/m²K Sommerlicher Wärmeschutz 3, Absatz 4 und 4, Absatz 4 (Wohngebäude u. Nichtwohngebäude):. Gebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz nach Anlage 1 Nr. 3 (Anlage 2 Nr. 4) eingehalten werden.

8 Energie- Einspar- VO Textauszug Sommerlicher Wärmeschutz Grundsätze für Wohn- und Nichtwohngebäude: - Nachweis ist nach DIN 4108 Teil 2: Abschnitt 8 zu führen Große Fensterfläche Südseite - Beschränkung des NW auf 1 Raum oder Bereiche mit höchsten Belastungen - Kein Nachweis bei Einhaltung vorgegebener Fensterflächen (Tabellenwerte) - Nachweis der Sonneintragskennwerte mittels Tabellenverfahren - Nachweis der Übertemperatur-Gradstunden mittels Simulation

9 Sonneneintragskennwert S vorhanden Strahlungsangebot I S [W/m²] Q Q S, transparen t S, opak Sonneneintragskennwert S vorhanden = ( gtot, j Aw, j A G ) const. Q S,transp = I sj,i * ( g i * A i ) *t Q S, opak = I sj,i * A G * (U P * R se * α) * t Energieeintrag in opake Flächen Normierungsgröße ist der Boden des Raumes A G I Sj = Strahlungsintensität Himmelsrichtung [W/m²] g j, tot = Energiedurchlassgrade einschl. Sonnenschutz = g * F c [%] F c = Abminderung Sonnenschutzvorrichtung [%] A w,j = Fensterflächen [m²] A G = Grundfläche Raum [m²] U P R se α sind Konstanten der opaken Fläche t = Zeitdauer der Einstrahlung

10 S zulässig Auszug Tab 8 DIN S zulässig = S x S1 Nachtlüftung und Bauart S2 Grundflächen bezogener Fensterflächenanteil f WG S3 Sonnenschutzglas g 0,4 S4 Fensterneigung 0 Neigung 60 S5 Orientierung Nord-und Nordost - west S6 Einsatz passiver Kühlung Nachtlüftung Ohne Erhöht n 2/h Hoch n 5/h Bauart Leicht Mittel Schwer Nachweisformat S vorh S zul Anteiliger Sonneneintragskennwert Sx Klimaregion Wohngebäude A B C S2 = a (b* f WG ) a und b a und b Leicht Mittel Schwer Klimaregion Nicht Wohngeb. A B C 0,03-0,035 * f neigung +0,10* f Nord 0,02 0,04 0,06

11 Randbedingungen - Klimazonen Sommerklimaregion Bezugswert der operativen Innentemperatur θ b, op [ C] A 25 B 26 C 27 Karte aus Norm Tab Bild 1

12 Randbedingungen - Gebäudeart Leichte, mittlere und schwere Bauart: Abschätzung über Beschreibung oder wirksame Wärmekapazität C wirksam *: leichte Gebäuden C wirk /A G < 50 Wh/(Km²) schwere Gebäuden C wirk /A G > 130 Wh/(Km²) Leichte Gebäude 1.) Holztafelbauweise ohne massive Innenbauteile Leichte Trennwände ρ mittel < 600 kg/m² Schwere Gebäude 1.) Mit massiven Innen- und Außenwänden ρ mittel 1600 kg/m² Zeitkonstante des Gebäudes C wirksam H 2.) Abgehängte Decken 3.) Hohe Räume > 4,5 m Museen, Turnhallen 2.) keine untergehängten Decken 3.) keine hohen Räume < 4,5 m Abb. DIN ) Innenliegende Wärmedämmungen an den Außenbauteilen *Energiemenge, die ein Bauteil pro Zeiteinheit und Kelvin Temperaturunterschied aufnehmen kann (10 cm Regel DIN i.v )

13 Randbedingungen - Fensterflächenanteil Fensterflächenanteil f WG = A w / A G ohne Nachweis nach a siehe Tabelle 6 Standardannahme im Nachweisverfahren f wg = 25% bei größeren Flächenanteilen weitere Abminderung von S zulässig Tabelle 6 Zulässige Werte des Grundflächen bezogenen Fensterflächenanteils, unterhalb dessen auf einen sommerlichen Wärmeschutznachweis verzichtet werden kann Raumgröße 16 m² Fenstergröße 1,6 m² Spalte Zeile Neigung der Fenster gegenüber der Horizontalen Orientierung der Fenstera Grundflächen bezogener Fensterflächenant eilb % 1 Nordwest- über Süd bis Nordost 10 2 über 60 bis 90 Alle anderen Nordorientierungen 15 3 von 0 bis 60 Alle Orientierungen 7 a Sind beim betrachteten Raum mehrere Orientierungen mit Fenstern vorhanden, ist der kleinere Grenzwert für fwg bestimmend. b Der Fensterflächenanteil fwg ergibt sich aus dem Verhältnis der Fensterfläche (siehe Bild 2) zu der Grundfläche des betrachteten Raumes oder der Raumgruppe. Sind beim betrachteten Raum bzw. der Raumgruppe mehrere Fassaden oder z. B. Erker vorhanden, ist fwg aus der Summe aller Fensterflächen zur Grundfläche zu berechnen. fwg b) kein NW bei Wohnräumen, bei denen f WG 35% und oder Verglasung g > 0,4 mit Sonnenschutz F C 0,30 Verglasung g 0,4 mit Sonnenschutz F C 0,35

14 Randbedingungen - Sonnenschutz Tab 7 Abminderungsfaktoren F C Fc Werte für geschlossenen Sonnenschutz dienen der Information und sollten nicht für den Nachweis verwendet werden

15 Beispiel Wohnraum Süd Dachgeschoss Dachfläche isoliert Kein Ausbau Erdgeschoss Innenwände KS ρ = 1400 kg/m³ Außenwände PB ρ = 400 kg/m³ C wirksam = 1200 Wh/K Raumgrundfläche A G = 4m x 4m = 16 m² C wirksam / A G = 50 Wh/km² Fensterfläche U w = 3 m x 2,33 = 7 m² U W = 1,1 W/m²K g = 0,7

16 Beispiel Wohnraum Süd Beispiel: EFH mittelschwere Bauart Raumgrundfläche A G = 16m² S1 Nachtlüftung Bauart Nachtlüftung Bauart Klimaregion Wohngebäude Anteiliger Sonneneintragskennwert Sx Erhöht n 2/h leicht C wirksam / AG 50 Wh/Km² Koblenz C 0,078 S2 Grundflächen bezogener Fensterflächenanteil f WG f WG = 35% S3 Sonnenschutzglas g 0,4 Kein Ansatz Iso 1,1 mit g = 0,7 a= 0,06 b = 0,231-0, S4 Fensterneigung Neigung 60 S5 Orientierung Süd 0 Nord-und Nordost - west S6 passive Kühlung nein 0 S vorhanden = g * F C * A W / A G g = 0,7 F c = 0,25 A W = 7 m² S vorh = 0,061 Summe S x = S zulässig = 0,055

17 Beispiel Wohnraum Süd Lösungsmöglichkeiten: Maßnahme Verbesserung von Sx bezogen auf den jeweiligen Ausgangswert ohne Kombination mit anderen Maßnahmen (Zahlenwerte = konstant) Bauart verbessern Erhöhung um 30 % bis 50 % je nach Art der Nachtlüftung Nachtlüftung erhöhen Erhöhung um ca. 250% Bauart konstant Fensterflächenanteil verkleinern Verbesserung ca. 50% auf mittlere Auslastung bei S1 ARCHITEKTUR Sonnenschutzgläser Verminderung von S vorhanden um bis zu 60%, Mehrenergieverbrauch durch vermindertes τ (Lichteinfall) Sonnenschutz Ohne Sonnenschutzmaßnahme kein Nachweis möglich Passive Kühlung Je nach Bauart und zusätzlicher Nachtlüftung 100% bis 15%

18 Simulation (8.4) Simulation Einsatzvoraussetzungen: 8.4 Insbesondere, wenn die Anwendbarkeit des in 8.3 beschriebenen Verfahrens ausgeschlossen ist, ist zur Bewertung der thermischen Verhältnisse eine dynamisch-thermische Simulationsrechnung durchzuführen Nicht geführt werden kann der Nachweis mit dem vereinfachten Verfahren, wenn die für den Nachweis in Frage kommenden Räume oder Raumbereiche in Verbindung mit Doppelfassaden oder TWD stehen. Es finden sich auch Hinweise zu Glasvorbauten. (8.2.3) Unbeheizt nur dann vereinfacht nachweisbar, - wenn keine Belüftung über den Glasvorbau erfolgt oder - mit Belüftung über den Glasvorbau, wenn F c 0,35 und Zu- und Abluft (unten + oben) 10% der Glasfläche. Beheizte Glasvorbauten nur mit Simulation

19 Simulation Randbedingungen Thermische Behaglichkeit Operative Temperatur θ op [ C] Mittelwert aus Raumtemperatur und mittlerer Strahlungstemperatur der raumumschließenden Oberflächen für v Luft < 2m/s Normal-Effektivtemperatur Lufttemperatur,- Feuchte, -Geschwindigkeit Behaglichkeitsdiagramm Wärmebilanzmodelle Wärmeströme mit Standard Körper z.b. nach Fanger: Klimasummenmaße Temperaturbereiche Erfahrungswerte Diagramm n. Reiher u. Frank PMV Predicted Mean Vote +1/0/-1 sind akzeptabel +3/+2/-2/-3 beschreiben die PPD Predicted Percentage Dissatisfied Sollte bei 5% liegen Tatsächlich heute 80 85%* *Nutzerzufriedenheit in Bürogebäuden Fraunhofer IRB Lufttemperatur Luftfeuchte Luftgeschwindigkeit Oberflächentemperatur angrenzender Flächen Aktivität 120W/Person 1,2met Bekleidung Rs = 0,116m²K/W 0,75clo heiß-warm-etwas-neutral-etwas-kühl-kalt warm kühl VOTE

20 Simulation Randbedingungen Sommerklimaregion Bezugswert der operativen Innentemperatur θ b, op [ C] Nachweisführung über: Anforderungswert Übertemperaturgradstunden [Kh/a] Testreferenzjahre 2011 Wohngebäude Nicht Wohngebäude A TRY-Zone 2 B TRY-Zone 4 C TRY-Zone Tab 9 Weitere Randbedingungen für: Nutzungszeiten / Berechnungszeiträume Interne Wärmelasten Heiztemperaturen Grundluftwechsel Nutzungszeit z.b. n= 0,5 /h für Wohnen Erhöhte Tagluftwechsel n = 3 /h und Nachtluftwechsel n = 2 oder 5 /h bei geschossübergreifender Lüftung Sonnenschutzsteuerung (wichtig bei Nichtwohngebäuden ohne Elektro Deaktivierung am Wochenende

21 Simulation Beispiel Simulation: Abbildung des gesamten Gebäudes (aufwändig) Zonierung möglich Variation der Klimaansätze Erweiterte Aussagemöglichkeit zu Klima

22 Simulation Beispiel Ergebnis: leicht / mittelschwere Bauart Ergebnis: leicht / mittelschwere Bauart g = 0,6 Ergebnis: schwere Bauart Ergebnis: schwere Bauart n=5/h

23 Beispiel Wohnraum Süd Fazit: Sommerlicher Wärmeschutz ist Pflichtnachweis DIN : Simulationen Probates Werkzeug für Standardfälle Keine Aussage über andere Koeffizienten (Fangers, etc.) möglich Aufwändig für Standardfälle Zahlreiche Einstellmöglichkeiten (Praxisumsetzung?) Aussagen über Komfort möglich Praktikable Verbesserungsmöglichkeiten: Nachtlüftung erhöhen Ohne Nachtlüftung kein sommerlicher Wärmeschutz Sonnenschutzgläser Sonnenschutz Auf Südseiten nahezu erforderlich, zumindest bei leichten und schweren Bauweisen Mehrenergieverbrauch durch vermindertes τ (Lichteinfall) Ohne Sonnenschutzmaßnahme kein Nachweis möglich Passive Kühlung Nur im Zusammenhang mit aufwändigem Heiz- Kühlklimakonzept