Komfort-Büro! Handbuch für behaglichkeitsoptimierte Passivhausbüros Strömungssimulationen und thermische Simulationen Vortrag beim BauZ!-Kongress am 17. Februar 212 Dr. Tobias Waltjen IBO Österreichisches Institut für. Baubiologie und -ökologie Alserbachstr. 5/8, 19 Wien
Methoden 1. Komfortkriterien 2. Modellräume 3. Tageslichtsimulationen 4. Thermische Gebäudesimulationen 5. Dynamische Strömungssimulationen 6. Raumakustik 7. Farbgestaltung
Förderung Ergebnis bm:wa und bm:vit über Energie der Zukunft, 1. Ausschreibung 27. Abwicklung: FFG Eigenfinanzierung: IBO
Modellräume Grundrisse und Gebäudetechnikplanung 1
Modellräume Aufrisse, Fassade, Gebäudetechnikplanung 1
Modellräume Grundrisse und Gebäudetechnikplanung 2
Modellräume Aufrisse, Fassade, Gebäudetechnikplanung 2
Modellräume: Grundrisse und Einrichtung
Team IBO, Wien: Tobias Waltjen, Bernhard Lipp, Thomas Zelger, Erna Motz, Wolfgang Huber, Maria Fellner, Astrid Scharnhorst, Felix Heisinger, Niko Skarabela, Mario Schmitradner newenergy consulting, Linz: Jürgen Obermayer ALware Andreas Lahme, Braunschweig: Andreas Lahme, Sascha Buchholz TU Dresden, Institut für Energietechnik: Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung: Markus Rösler, Ralf Gritzki, Alf Perschk Spektrum, Dornbirn: Karl Torghele archicolor, Wien: Pia Anna Buxbaum Mit einem Beitrag von moocon, Wien: Bernhard Herzog
Thermische Simulationen Themen 1. Nutzung und Architektur 2. Thermische Hüllflächen und Gebäudekonstruktion 3. Gebäudetechnik Luftmenge Feuchterückgewinnung Heizung/Kühlung Feuchte Wärme-/Kälteabgabe
Thermische Simulationen Grundkonfiguration: PMV und PPD 34
Thermische Simulationen Grundkonfiguration: Bilanz natürlicher und künstlicher Feuchteströme 2.5 Feuchtebilanz Total 2. Entfeuchtung im Raum [kg/kg/m²] Feuchtebeiträge [kg_w/m²monat] 1.5 1..5. -.5-1. - 1.5 Feuchtequelle ideale Heizung [kg/kg/m²] Feuchtequelle innere [kg/kg/m²] Feuchtetransport über Luftaustausch anderer Zonen [kg/kg/m²] Feuchtetransport Infiltration [kg/kg/m²] Feuchtetransport Lüftung [kg/kg/m²] Feuchtespeicherung in Oberfläche [kg/kg/m²] Feuchtespeicherung in Zone [kg/kg/m²] - 2. Monat 36
Thermische Simulationen Grundkonfiguration: Feuchtequellen und Feuchterückgewinnung 342,345
Thermische Simulationen Primärenergiefaktoren 55
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand bei erhöhtem Lüftungsbedarf infolge höherer Belegungsdichte 5 4 Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Entfeuchtung Raum 3 Befeuchtung Raum 9 8 Minimal und maximale relative Feuchte kwh/m²a 2 1-1 Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft 7-2 6-3 Kühlbedarf Raum 5-4 % 4-5 Heizwärmebedarf Raum 3 2 1 35 Endenergiebedarf 3 Beleuchtung 25 Lüftung kwh/m²a 2 15 1 Hilfsstrom Kühlung Kühlung + Entfeuchtung Hilfsstrom Heizung 316-7 5 Heizung + Befeuchtung
Thermische Simulationen Luftmengen 53
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand: Variierte Lüftungsraten, mit Pflanzen und mit Feuchterückgewinnung 5 4 3 2 Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Entfeuchtung Raum Befeuchtung Raum 7 6 5 Primärenergiebedarf Beleuchtung Lüftung kwh/m²a 1-1 Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft kwh/m²a 4 3 Hilfsstrom Kühlung Kühlung + Entfeuchtung - 2-3 Kühlbedarf Raum 2 1 Hilfsstrom Heizung - 4 Heizung + Befeuchtung - 5 Heizwärmebedarf Raum 339
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand: Aktive Beund Entfeuchtung bei variierten Lüftungsraten, mit Pflanzen und mit Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Feuchterückgewinnung 5 4 Entfeuchtung Raum 3 2 Befeuchtung Raum 9 8 Minimal und maximale relative Feuchte kwh/m²a 1-1 - 2-3 Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft 7-4 - 5 Kühlbedarf Raum 6 Heizwärmebedarf Raum 5 % 4 3 2 12 Primärenergiebedarf 1 1 Beleuchtung Süd: Ausgangsvariante Süd: 2m³/h Person, Be- u. Entfeucht. Nord: 2m³/h Person, Be- u. Entfeucht. Süd: 45m³/h Person, Be- u. Entfeucht. Nord: 45m³/h Person, Be- u. Entfeucht. Süd: 72m³/h Person, Be- u. Entfeucht. Nord: 72m³/h Person, Be- u. Entfeucht. kwh/m²a 8 6 Lüftung Hilfsstrom Kühlung 4 2 Kühlung + Entfeuchtung Hilfsstrom Heizung Heizung + Befeuchtung 34 1
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand: Variierte Lüftungsraten, mit Pflanzen, ohne Feuchterückgewinnung 9 Minimal und maximale relative Feuchte Primärenergiebedarf 7 8 6 Beleuchtung 7 5 Lüftung % 6 5 4 kwh/m²a 4 3 2 Hilfsstrom Kühlung Kühlung + Entfeuchtung 3 2 1 Hilfsstrom Heizung Heizung + Befeuchtung 1 Süd: Ausgangsvariante Süd: 2m³/h Person, FRG= Nord: 2m³/h Person FRG= Süd: 45m³/h Person FRG= Nord: 45m³/h Person FRG= Süd: 72m³/h Person FRG= Nord: 72m³/h Person FRG= 342-3
9 8 Thermische Simulationen: Erhöhte Lüftungsraten aktive Be- und Entfeuchtung, mit Pflanzen, ohne Feuchterückgewinnung Minimal und maximale relative Feuchte kwh/m²a 5 4 3 2 1-1 - 2-3 - 4-5 Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Entfeuchtung Raum Befeuchtung Raum Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft Kühlbedarf Raum 7 6 Heizwärmebedarf Raum 5 % 4 3 12 Primärenergiebedarf 2 1 Beleuchtung 1 Süd: Ausgangsvariante Süd: 2m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. Nord: 2m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. Süd: 45m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. Nord: 45m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. Süd: 72m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. Nord: 72m³/h Person, FRG=, Be- u. Entfeucht. kwh/m²a 8 6 4 2 Lüftung Hilfsstrom Kühlung Kühlung + Entfeuchtung Hilfsstrom Heizung Heizung + Befeuchtung 344-5
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand: Variierte Lüftungsraten, ohne Pflanzen, mit Feuchterückgewinnung Minimal und maximale relative Feuchte 9 Primärenergiebedarf 8 8 7 Beleuchtung 7 6 5 kwh/m²a 6 5 4 3 Lüftung Hilfsstrom Kühlung % 4 2 Kühlung + Entfeuchtung 3 1 Hilfsstrom Heizung 2 Heizung + Befeuchtung 1 Süd: Ausgangsvariante Süd: 2m³/h Person, ohne Pflanz. Nord: 2m³/h Person, ohne Pflanz. Süd: 45m³/h Person, ohne Pflanz. Nord: 45m³/h Person, ohne Pflanz. Süd: 72m³/h Person, ohne Pflanz. Nord: 72m³/h Person, ohne Pflanz. 346, 348
Rel. Feuchte und Primärenergieaufwand: Aktive Beund Entfeuchtung bei variierten Lüftungsraten, ohne Pflanzen, mit Feuchterückgewinnung Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf 5 4 Entfeuchtung Raum 3 9 8 Minimal und maximale relative Feuchte kwh/m²a 2 1-1 - 2-3 - 4-5 Befeuchtung Raum Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft 7 Kühlbedarf Raum 6 Heizwärmebedarf Raum 5 % 4 3 2 Primärenergiebedarf 1 Süd: Ausgangsvariante Süd: 2m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. Nord: 2m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. Süd: 45m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. Nord: 45m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. Süd: 72m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. Nord: 72m³/h Person, ohne Pflanz., Be- u. Entfeu. kwh/m²a 9 8 7 6 5 4 3 Beleuchtung Lüftung Hilfsstrom Kühlung 2 1 Kühlung + Entfeuchtung Hilfsstrom Heizung Heizung + Befeuchtung 35-1
Energieaufwand: Aktive Be- und Entfeuchtung bei variierten Lüftungsraten 5 4 3 2 Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Entfeuchtung Raum Befeuchtung Raum kwh/m²a 1-1 - 2-3 - 4-5 Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft Kühlbedarf Raum 341 mit Pflanzen und mit Feuchterückgewinnung Heizwärmebedarf Raum 345 mit Pflanzen, ohne Feuchterückgewinnung 351 ohne Pflanzen, mit Feuchterückgewinnung Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf Heiz- und Kühlbedarf, Be- und Entfeuchtungsbedarf 5 4 Entfeuchtung Raum 5 4 Entfeuchtung Raum 3 3 kwh/m²a 2 1-1 - 2-3 - 4-5 Befeuchtung Raum Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft Kühlbedarf Raum kwh/m²a 2 1-1 - 2-3 - 4-5 Befeuchtung Raum Kühlbedarf Zuluft Heizwärmebedarf Zuluft Kühlbedarf Raum Heizwärmebedarf Raum Heizwärmebedarf Raum
Dynamische Strömungssimulation: Aufgabenstellung 1. Luftalter (Luftwechselrate) 2. CO2-Konzentration 3. Luftgeschwindigkeit 4. Temperaturen für Heiz- und Kühlfall für verschiedene Lüftungs-, Beheizungs- und Kühlkonzepte
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenheizung/-kühlung Strömungsgeschwindigkeiten im Vertikalschnitt bei den Personen, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung CO 2 -Konzentrationen in 1,1 m Höhe, Sommer 1 Uhr 16 Uhr
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenheizung CO 2 -Konzentrationen in 1,1 m Höhe, Winter 1 Uhr 16 Uhr
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung/-heizung CO 2 -Konzentrationen in 1,1 m Höhe, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung/-heizung CO 2 -Konzentrationen in 1,1 m Höhe, 16 Uhr Sommer Winter
PL4 F5A Sommer: Quelllüftung und Fußbodenkühlung Zugluftrisiko DR %, 1 Uhr 16 Uhr
PL4 F5A Winter: Quelllüftung und Fußbodenheizung Zugluftrisiko DR %, 1 Uhr 16 Uhr
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung/-heizung Isoflächen des Luftalters, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung / -heizung Zugluftrisiko DR % in,1 m Höhe, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F5A: Quelllüftung und Fußbodenkühlung / -heizung Zugluftrisiko DR % Vertikalschnitt mittig, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F2A: Quelllüftung und Betonkernaktivierung Zugluftrisiko DR % Vertikalschnitt mittig, 1 Uhr Sommer Winter
PL4 F2A: Quelllüftung und Betonkernaktivierung Isoflächen des Luftalters, 1 Uhr Sommer IBO Österreichisches Institut für Baubiologie und -ökologie Winter www.ibo.at
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