Thermisches Raumklima Einflussgrößen und Realisierbarkeit der Anforderungen

Transkript

1 Thermisches Raumklima Einflussgrößen und Realisierbarkeit der Anforderungen 3. Innenraumtag - Arbeitskreis Innenraumluft, Wien, 5. November 212 Thermische Behaglichkeit Luftbewegung Wärmeabgabe durch Strahlung Wärmeabgabe durch Konvektion einschließlich Verdunstung 1

2 Theoretische Grundlage Wärmebilanz des Menschen K R C M W E dif E SW E res C K Wärmetransport durch die Kleidung R Wärmetransport durch Strahlung C Wärmetransport durch Konvektion M Wärmegeneration im Körper W abgeführte mechanische Arbeit E dif abgeführte latente Wärme durch Wasserdampfdiffusion E SW abgeführte latente Wärme durch Transpiration E res abgeführte latente Wärme durch die Atmung abgeführte sensible Wärme durch die Atmung C res res Normen und Standards Empfehlung ISO 773 etabliert sich für klimatisierte /mechanisch belüftete Räume 2

3 Quelle: Sensitivitätsanalyse ISO 773 Thermische Behaglichkeit ISO 773 Einfluss Strahlungstemperatur 3

4 PPD-Index [%] PPD-Index Surface Temperature [ C] Abbildung der Strahlungstemperatur durch die ISO 773 Thermal Comfort Area - Air & Surface Temperature Room Air Temperature [ C] CLO=.95 Unterhose, Unterhemd mit kurzen Ärmel, Hemd, Hose, Pullover mit V-Ausschnitt, Socken, Schuhe MET=1. entspanntes Sitzen, φ=5. % relative Luftfeuchtigkeit, u=.1 m/s Luftgeschwindigkeit Abbildung der Strahlungsasymmetrien durch die ISO 773 1% 1% 1% 1% 1% 1% Asymmetrie der Strahlungstemperatur [K] 4

5 Heizwärmebedarf [kwh/m²a] U bzw. k [W/m²K] Einfluss Entwicklung Baustandard auf die Strahlungstemperatur Spez. Heizwärmebedarf U-Wert 25 2 Wärmeschutzverordnung Lüftungswärmeverlust (n=.4 h -1 ) Passivhaus U-Wert Trendlinie Jahr Jahr Einfluss des U-Wertes auf die Temperaturverteilung 6er & 7er U=1W/m²K 29 U=,2W/m²K T R =2 C T R =2 C T O 16 C T O 19,2 C T A = -1 C T A = -1 C 5

6 T S =2 C ε S =1 Einfluss auf die Strahlungstemperatur Baustandard 6er und 7er Jahre U=1, W/m²K T S =2 C ε S =1 2, C 19,5 C T Strahlung T S =2 C ε S =1 T Umg = -1 C 19, C T S =2 C ε S =1 18,5 C T Strahlung = 2, C T Strahlung = 17,8 C 18, C 17,8 C Einfluss auf die Strahlungstemperatur Baustandard ab 29 U=,2 W/m²K T S =2 C ε S =1 2, C 19,5 C T Umg = -1 C T Strahlung 19, C T S =2 C ε S =1 18,5 C T Strahlung = 2, C T Strahlung = 17,8 C 18, C 17,8 C 6

7 Einfluss Bauphysik auf das Heizungssystem Standard 6er und 7er Jahre Baustandard 6er/7er Baustandard 29 U AW =1, W/m²K U AF =2,5 W/m²K T KO =5 C T AU =-1 C U AW =,2 W/m²K U AF =,7 W/m²K 16 C 2 C 25 C 3 C 35 C 4 C 45 C T Strahlung Funktionsweise Kachelofen Standard 6er und 7er Jahre Baustandard 6er/7er Baustandard 29 U AW =1, W/m²K U AF =2,5 W/m²K T KO =3 C T AU =-1 C U AW =,2 W/m²K U AF =,7 W/m²K 16 C 2 C 25 C 3 C T Strahlung 7

8 Strahlungstemperatur [ C] Einflussgrößen auf die thermische Behaglichkeit beim Kühlen Thermische Behaglichkeit Einfluss Glasfassade auf Strahlungstemperatur g,25 /,95 clo

9 PPD-Index [%] Strahlungstemperatur [ C] Thermische Behaglichkeit - Einfluss Glasfassade Strahlungstemperatur g,25 /,95 clo g,5 /,95 clo Thermische Behaglichkeit Einfluss Glasfassade auf Strahlungstemperatur 5 4 g,25 /,95 clo g,5 /,95 clo

10 relative Raumluftfeuchtigkeit [%] Einflussgröße Raumluftfeuchte T Raum =21 C φ Raum =16% T aussen =-5 C φ aussen =1% T aussen =-5 C φ aussen =1% Anforderungen an die Raumluftfeuchte (Fokus Nichtwohngebäude) Schwülekurve nach Frank (behaglicher Bereich) nach Frank (noch behagl. Bereich) DIN EN (Sommer) EN (Winter) EN CEN CR 1752 VDI 384 Taschenbuch für Heiz- und Klimatechnik (Recknagel) Raumlufttemperatur [ C] Zusammenstellung nach Hammerl (29) 1

11 Aussen [-] T Aussen [ C] Untersuchung Einfluss Baumaterial & Lüftungsstrategie Bauweise Glaswolle oder Steinwolle Diffusionsdichte Schicht Bildquelle: Bildquelle: alpha-wood.fr Parametervariation Wetter / Nutzerverhalten Wetterdaten Außentemperatur Außenluftfeuchte Nutzerverhalten Feuchteproduktion Pflanzen Körperpflege Kochen Lüftungsstrategie bedarfsorientiert konstant

12 EN 15251/ VDI 384 EN CEN CR 1752 EN 15251/ VDI 384 EN CEN CR 1752 EN 15251/ VDI 384 EN CEN CR 1752 Außenluftbedarf [m³/h] je Person n [1/h] Wasserdampf [kg/h] Parametervariation Wetter / Nutzerverhalten Wetterdaten Außentemperatur Außenluftfeuchte Nutzerverhalten Feuchteproduktion Pflanzen Personen (4g/h) Körperpflege Kochen Lüftungsstrategie.15.5 bedarfsorientiert n=n(time) konstant (n=,2h -1 ) Gegenüberstellung Anforderung Außenluftbedarf Außenluftrate Pettenkofer Fanger DIN Außenluftrate Pettenkofer Fanger DIN ASHRAE ST. 62 hoher Standard mittlerer Standard niedriger Standard Zusammenstellung nach Hammerl (29) 12

13 Raum [-] p d,raum [Pa] Raum [-] p d,raum [Pa] Mittlere Raumfeuchteverteilung Vergleich Baumaterialien n=n(time) 3 ohne Sorptionsspeicherfähigkeit mit Sorptionsspeicherfähigkeit Mittlere Raumfeuchteverteilung Vergleich Lüftungsstrategie n=,2h -1 n=n(time) konstante Luftwechselzahl (n=,2h -1 ) definiertes Profil der Luftwechselzahl

14 Zusammenfassung Einflussgrößen thermisches Raumklima thermisches Gleichgewicht thermodynamische Größen T AIR, u, Tu, T RAD, M, I CL und φ Einfluss asymmetrischer Wärmetransport standardisierte Bewertung nach ISO 773 Anforderungen DIN (durch EN abgelöst) ISO 773 (etabliert jedoch φ geringer Einfluss) EN (Empfehlungen enthalten) EN (u.a. Angabe absolute Feuchte) Realisierbarkeit Weiterentwicklung Regelung, Sonnenschutz & Feuchtespeicherung Josef Ressel Zentrum CFD Centre Austria Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! 14