Nutzerkomfort in typischen hamburger Verwaltungsgebäuden im Sommer Zielsetzung des Projekts Die praktische Forschungsarbeit:

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1 Projekt des Monats Dezember Nutzerkomfort in typischen hamburger Verwaltungsgebäuden im Sommer Wie kann man zukünftig die klimatischen Bedingungen am Arbeitsplatz für hamburger Angestellte optimieren? Siesta auch in Deutschland! oder Hitzefrei statt Quälerei! (Hamburger Morgen Post ) An diese oder ähnliche Schlagzeilen erinnert man sich noch aus dem letzten Sommer. In Zeiten des Klimawandels und der globalen Erwärmung, regt besonders diese Jahreszeit, hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes am Arbeitsplatz, zum Nachdenken an. Die Frankfurter Allgemeinen Zeitung schrieb: Die Spanier haben ihre Siesta und die Afrikaner einen heißen Stein unter der Zunge. In Abu Dhabi trotzen Männer der Sonne in Blütenweiß, und in Delhi fächeln einem Angestellte Luft zu und servieren kalte Getränke. (F.A.Z ) In einigen wenigen Unternehmen in Hamburg herrschten durch eine Lockerung des Dress-codes oder der Einführung flexibler Arbeitszeiten an besonders heißen Tagen schon komfortablere Arbeitsbedingungen. Aber nicht nur geänderte Firmenphilosophien, sondern auch die Bauweise zukünftiger Verwaltungsgebäude spielen eine wichtige Rolle. Es stellt sich also die Frage: Sind typische hamburger Verwaltungsgebäude dem aktuellen bzw. zukünftigen Klima angepaßt, wie sind die klimatischen Bedingungen am Arbeitsplatz zu bewerten und wie könnte ein klimatisch komfortables Gebäude der Zukunft aussehen? Zielsetzung des Projekts Ein nachhaltiges Szenario strebt an, für die Erzielung eines hohen Nutzerkomforts im Verwaltungsbau bei sommerlichen Bedingungen primär das Gebäude selbst in seinem thermischen Verhalten zur Temperierung auszunutzen und damit den Kühlenergiebedarf so gering wie möglich zu halten. Mit gebäudetechnischen Anlagen, die regenerative Kältequellen einsetzen, werden dann die Arbeitsplätze auf Temperaturen geregelt, die dem optimalen Nutzerkomfort entsprechen. Ziel des Forschungsprojektes Passive Klimatisierung im Verwaltungsbau im Rahmen von Klimzug- Nord ist es, Regeln für die praktische Umsetzung der passiven Klimatisierung im Verwaltungsbau, konkrete Vorschläge für Gebäudeform, Fassaden, Verglasung, Verschattung, Speichermasse, Nutzung, Regelung, Nutzerverhalten etc. mit speziellen Erkenntnissen für den norddeutschen Raum zu erarbeiten. Diese werden in einem Handbuch so abgefaßt, daß Planer (Architekten und Ingenieure) es unmittelbar für die eigene Gebäudeplanung einsetzen können. Die praktische Forschungsarbeit: Mit Hilfe von Messungen, Beobachtungen, Nutzerbefragungen und Simulationen mit aktuellen und zukünftig zu erwartenden Klimadaten eines regionalen Klimamodells zur Bewertung des sommerlichen Wärmeschutzes in typischen hamburger Verwaltungsgebäuden soll zunächst die bestehende Situation untersucht und bewertet werden. Aufbauend auf diese Ergebnisse können Anpassungsansätze für die Planung zukünftiger hamburger Verwaltungsbauten entwickelt werden, die durch den Bezug zur Hamburger Bauweise auch weiterhin den Charakter Hamburgs abbilden. Die Erhebung von Daten und Informationen im realen Gebäude erfolgt simultan über die Messung, Aufzeichnung und Auswertung von den Komfort beeinflussenden, physikalischen Parametern (Messeinrichtung), stillen Beobachtungen und der Befragung der Nutzer vor Ort.

2 Abb.1 +2 Abb. 3 Meßtechnik: Datenlogger + Sonde: operative (gefühlte) Temperatur Untersuchung Hitzeperioden A1B Die stillen Beobachtungen bzw. die Aufzeichnung der nicht durch Messung erfaßbaren Parameter (Position des Sonnenschutzes, der Fensteröffnung, Kunstlicht an oder aus, Türen auf oder zu etc.) finden zwei Mal täglich (vormittags und nachmittags) über einen Zeitraum von 2 bis 3 geeigneten (heißen) Wochen statt. Die Befragung der Nutzer nach ihrem Komfortempfinden (zu warm / zu kalt, Luft verbraucht oder nicht, Tageslicht ausreichend oder nicht etc.) werden mittels eines einmaligen, anonymen Fragebogens am Anfang und Ende der Messungen, sowie über einen anonymen, regelmäßigen Fragebogen, der zweimal wöchentlich (vormittags und nachmittags) ausgefüllt wird, durchgeführt. Mit einem Laptop können die aufgezeichneten Daten unmittelbar aus dem Datenlogger (Abb.1) importiert werden. Gemessen werden Tageslichtversorgung in Lux, CO 2 Gehalt in ppm, Oberflächentemperatur in C, Strahlungstemperatur in C (Abb. 2), relative Luftfeuchte in %, Globalstrahlung in W/m², Luftgeschwindigkeit in m/s. Die Gebäudesimulationen werden mit PRIMERO-Komfort durchgeführt. Es hat eine speziell für Planer wie Architekten und Ingenieure komfortable Benutzeroberfläche, die auf energy+ basiert. Die durchgeführten Parameterstudien für einen Standardraum, sowie die Büroräume der realen Gebäude (in denen die Messungen, Beobachtungen und Nutzerbefragungen stattfinden) berücksichtigen einmal das gegenwärtige (Rekordsommer 2003 und Testreferenzjahr des Deutschen Wetterdienstes) und zukünftige Klima aus einer vorangegangenen Studie: Entwicklung von Datensätzen für Gebäudesimulation aus den Klimaszenarien A1B und A2. Die Abbildung 3 zeigt ein Bewertungsbeispiel zur Untersuchung der Hitzeperioden einzelner Jahre/ Sommer des Szenarios A1B im Vergleich mit dem gemessenen Sommer 2003 (Abb.3). Die theoretische Forschungsarbeit: Zur Auswertung von Nutzerbefragungen, stillen Beobachtungen und den Messungen zur Gebäudebewertung nach aktuellen Komfortkriterien werden die Vorgaben aus der DIN EN (2007) genutzt. Die Norm enthält Angaben zu den Eingangsparametern für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik. Ziel ist die Bewertung verschiedener raumklimatischer Parameter für den thermischen Komfort im Sommer und die Überprüfung der Norm durch Vergleich mit den Ergebnissen aus den Nutzerbefragungen. Das Erwartungsmodell der DIN EN geht davon aus, daß sich Wohlbefinden dann

3 einstellt, wenn das Raumklima den Erwartungen der Nutzer entspricht. Unter der Voraussetzung, den thermischen Komfort selbst einstellen zu können, werden nach diesem Komfortmodell im Sommer höhere und im Winter niedrigere Raumtemperaturen als angenehm empfunden. Das Selbsteinstellen wird durch natürliche Belüftung, Aufhebung des Dress-codes sowie mindestens einem Temperaturregler für 2 Arbeitsplätze mit Einstellbereich +/- 2 C und bzw. oder einem öffenbaren Fenster für 2 Arbeitsplätze erreicht. Die Bewertung des thermischen Komforts geschieht durch die Einstufung in Komfortklassen von I bis III. Für Neubauten ist Komfortklasse II bei maximal 5% Überschreitungsstunden der operativen (gefühlten) Temperatur festgelegt. Anhand der erhobenen Daten ist es also möglich, ein Gebäude einer Kategorie bzw. Komfortklasse zuzuordnen. Relevante zu bewertende raumklimatische Bedingungen sind: Raumluftqualität: anhand der Daten aus den Parametern CO² in ppm und relative Luft feuchte in % Thermischer Komfort: aus operativer (gefühlter) Temperatur in C (ermittelt aus Oberflächen und Raumlufttemperaturen) Tageslichtversorgung: aus der Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz in lux Lüftung/ Zugluft: aus der Windgeschwindigkeit in m/s Verknüpfung praktischer und theoretischer Forschungsarbeit zu einem Ergebnis: Im Sommer 2010 fand eine erste Forschungsstrecke/ Meßreihe in einem typischen hamburger Speichergebäude statt. Die Daten zum Raumklima auf der Südseite des Gebäudes, die Beobachtungen der Südfassade und des Nutzerverhaltens, sowie die Auswertung der anonymen Nutzerbefragungen mit nicht personenbezogenen Ergebnissen lieferten erste Erkenntnisse. Raumluftqualität, thermischer Komfort, Tageslichtversorgung und Lüftungsverhalten wurden untersucht und bewertet. Die Vorgehensweise zur Bewertung ist im Folgenden am Beispiel des thermischen Komforts erklärt: Maßgeblich für die Bewertung des thermischen Komforts ist die operative (gefühlte) Raumlufttemperatur. Die operative Temperatur kann aus den den Menschen umgebenden Oberflächentemperaturen und Abb. 4 typische hamburger Kaispeichergebäude der Raumlufttemperatur rechnerisch ermittelt werden oder mittels einer speziellen Sonde, die die Temperatur auf einer Kugeloberfläche die den Körper/ Kopf eines Menschen simulieren soll, direkt ermittelt werden. Für die Auswertung werden die Temperaturdaten solcher Sonden, die auf Fußhöhe, Sitzhöhe und Kopfhöhe am Arbeitsplatz angebracht wurden, herangezogen und die mittlere operative Temperatur aus jeweils allen vorhandenen Daten des Zeitraumes errechnet, in dem die Nutzerbefragungen stattfanden. Die gemittelten Daten können dann einer Kategorie aus DIN zugeordnet werden und mit den Ergebnissen aus den Nutzerbefragungen zum Emp-

4 finden des thermischen Komforts verglichen werden. Ein Abgleich findet auch mit den Simulationsergebnissen des Referenzraumes statt. Ergebnis: Die operative Temperatur lag im Befragungszeitraum von 3 Wochen zwischen 23,68 C bis 25,51 C. Die mittlere operative Temperatur im Befragungszeitraum liegt bei 24,52 C Aus den Simulationen für das aktuelle Klima (Testreferenzjahr) ergibt sich die Komfortklasse I. Die gemessenen Daten entsprechen laut DIN EN Tabelle A.2 im Einzelbüro der Kategorie I. Für gemessene Daten und Simulationen zur operativen Temperatur ergibt sich also im direkten Vergleich ein identisches Bewertungsergebnis zur Komfortbewertung nach DIN. In den Nutzerbefragungen zum thermischen Komfort lag die Bewertung folgendermaßen: Thermischer Komfort 1=heiß/ 2=warm/ 3=etwas warm/ 4=neutral/ 5=etwas kühl/ 6=kühl/ 7=kalt Temperatur 1=eindeutig annehmbar/ 2=gerade noch annehmbar/ 3=eindeutig nicht annehmbar 1=höher/ 2=keine Änderung/ 3=niedriger 1=wenig Einfluß/ 5=hoher Einfluß Bewertung thermisches Empfinden (7er Skala) Temperaturempfinden (3er Skala) Änderungswunsch Temperatur (3er Skala) Derzeit möglicher pers. Einfluß (5er Skala) Ø Median Der thermische Komfort wird als angenehm empfunden mit der Tendenz zu heiß. Die Temperatur wird zwischen eindeutig annehmbar und annehmbar eingestuft und es wird keine Änderung gewünscht. Der Einfluß auf die Temperatur wird als mittelmäßig bis hoch empfunden. Von den Nutzern wird also der thermische Komfort als angenehm empfunden, laut DIN ist dieser optimal. Weitere Betrachtungsweisen können differenziertere Erkenntnisse bringen: Betrachtet man z.b. das Temperaturempfinden im gesamten Befragungszeitraum (eindeutig annehmbar bis eindeutig nicht annehmbar 3-er Skala in Rot) und vergleicht diese mit der mittleren gemessenen, operativen Temperaturen (blau), so kann man Richtwerte für die akzeptierte Raumtemperatur finden: Temperaturempfinden Medianwert der Antworten im Befragungszeitraum Operative Temperatur Abb. 5 Vergleich gemessene Operative Temperatur mit dem Temperaturempfinden der Nutzer

5 Im Diagramm (Abb. 5) kann man ablesen: ab 25 C ist die Temperatur gerade noch annehmbar, darunter wird sie als eindeutig annehmbar empfunden. Als eindeutig nicht annehmbar wurde die operative Temperatur als Medianwert zu keiner Zeit empfunden. Einzelne Befragte haben aber die Temperaturen zu bestimmten Zeiten des Befragungszeitraumes als nicht annehmbar empfunden. Es ist also anzunehmen, daß bei höheren Temperaturen auch ein solches Bewertungsergebnis im Medianwert möglich gewesen wäre. Anhand des Diagramms wird deutlich, das die Bewertung des Temperaturempfindens als Reaktion eindeutig gekoppelt ist mit den Schwankungen der Operativen Temperatur. Vergleicht man die Stimmung (schlechte Laune bis gute Laune auf einer 5-er Skala in Rot) der Befragten mit der gemessenen operativen Temperatur (blau) (Abb. 6), dann scheint sich die Stimmung im gesamten Befragungszeitraum durchschnittlich nicht zu verschlechtern. Die Temperaturschwankungen im Bereich zwischen 23,7 und 25,5 C scheinen also keinen Einfluß auf die Stimmung zu haben Stimmung Medianwert der Antworten im Befragunszeitraum Operative Temperatur Abb. 6 Vergleich gemessene Operative Temperatur mit der Stimmung der Nutzer Aber auch eine Betrachtung einzelner Befragungszeiträume und Parameter kann Erkenntnisse bringen, z.b. die Betrachtung der Stimmung der befragten Personen an einem besonders heißen Nachmittag (5er Skala) (Abb. 7): Abb. 7 Stimmung der Nutzer an einem heißen Nachmittag

6 Die Befragungen und Messungen sollen nicht nur im Sommer 2010 stattfinden, sondern auch in den beiden folgenden Sommern. Dann werden weitere typische Gebäude aus Hamburg mit gänzlich anderen Energie- und Nachhaltigkeitskonzepten, wie z.b. auch voll verglaste Gebäude auf die gleiche Weise untersucht werden. Wenn ein langer, kontinuierlich heißer Sommer im Forschungszeitraum liegen sollte, wäre es sogar möglich, innerhalb eines Sommers in zwei Gebäuden zu messen. So kann für die Erstellung des geplanten Handbuches eine vielfältige Bandbreite an Informationen und Daten für verschiedenste, typische Verwaltungsgebäude in Hamburg genutzt werden. Kontakt: Teilprojekt T2.4 Innovation im Bauen zur Klimaanpassung Passive Klimatisierung im Verwaltungsbau (AP 4) Prof.-Dr. rer. nat. Udo Dietrich Dipl.-Ing. Lydia Ax HafenCity Universität Hamburg Fachgebiete: Bauphysik, Energieoptimiertes Bauen, Passive Klimatisierung Hebebrandstraße Hamburg