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Sommerlicher Wärmeschutz bei nicht klimatisierten Gebäuden. Abschlussbericht

Bau- und Wohnforschung
Klaus Wilmes
Aachener Institut für Bauschadensforschung und Angewandte Bauphysik gGmbH -AIBau-
2001, 100 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

Kurzbericht [PDF] deutsche Version
Short Version [PDF] englische Version

Inhalt

Ziel des Forschungsvorhabens war es, zu untersuchen, in welchem Umfang derzeit Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz geschuldet sind. In dem Bericht werden die Randbedingungen für ein behagliches Raumklima definiert. Die Aufheizung der Raumluft unter sommerlichen Klimaverhältnissen und damit die Behaglichkeit während der Sommermonate kann im Rahmen der Planung eines Gebäudes mit verschiedenen Einflussgrößen wie Fensterflächenanteil, Verglasungsart, Fensterorientierung oder Sonnenschutzmaßnahmen gesteuert werden. Im Hauptteil des Berichtes werden unterschiedliche Berechnungs- und Bemessungsverfahren für den sommerlichen Wärmeschutz vorgestellt. An einer Reihe von Objektbeispielen werden die Konsequenzen eines fehlenden Sonnenschutzes aufgezeigt. Für einige der Objekte werden überschlägliche Bemessungsverfahren beispielhaft einer Simulationsberechnung gegenübergestellt. Eine überschlägliche Bemessung von Sonnenschutzmaßnahmen ist mit dem Nachweisverfahren des Entwurfs der DIN 4108 Teil 2 Ausgabe 1999 möglich. Werden genauere Ergebnisse gefordert, sind außergewöhnliche interne Wärmelasten oder ggf. von den üblichen Gepflogenheiten abweichende Nutzungszeiten zu berücksichtigen, empfiehlt sich in jedem Fall, Simulationsrechnungen durchzuführen. Im Rahmen einer Umfrage bei Fassadenberatern und Planern wurde ermittelt, dass es überwiegend üblich ist, an Büro- und Verwaltungsgebäuden Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz auszuführen - ggf. in Verbindung mit einem Blendschutz. Im Wohnungsbau sind Sonnenschutzmaßnahmen noch nicht üblich. Zur Vermeidung von Streitigkeiten empfiehlt es sich daher, die Art und den Umfang von Sonnenschutzmaßnahmen ausdrücklich zu vereinbaren.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG 1-3
2. BEHAGLICHKEIT, BEURTEILUNGSKRITERIEN UND ANFORDERUNGEN 2-7
3. EINFLUSSGRÖSSEN AUF DIE RAUMAUFHEIZUNG DURCH SONNENEINSTRAHLUNG 3-11
4. BERECHNUNGSVERFAHREN, REGELWERKE UND ANFORDERUNGEN ZUM SOMMERLICHEN WÄRMESCHUTZ 4-15
4.1 Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Raumklimabedingungen 4-15
4.1.1 Thermische Gebäudeanalyse mit Hilfe von Simulationsberechnungen 4-16
4.1.2 Näherungsverfahren nach Hauser und Otto 4-17
4.1.3 Beurteilung des sommerlichen Wärmeschutzes nach Häupl 4-18
4.1.4 Verfahren nach Deutscher, Elsberger und Rouvel 4-20
4.2 Bemessungsverfahren und Anforderungen 4-21
4.2.1 Anforderungen nach der Wärmeschutzverordnung 1995 4-21
4.2.2 Empfehlungen nach DIN 4108-2:1981-08 4-23
4.2.3 Anforderungen nach E DIN 4108-2:1999-06 4-25
4.2.4 Vergleich der Regelwerke 4-28
4.3 Schlussfolgerungen zu den Berechnungs- und Bemessungsverfahren 4-30
5. OBJEKTBEISPIELE 5-33
5.1 Ärztehaus 5-34
5.2 Bürogebäudekomplex 5-37
5.3 Blockbebauung 5-39
5.3.1 Nordorientierung 5-52
5.3.2 Verschattung 5-53
5.4 Kreisverwaltungsgebäude 5-54
5.5 Universitätsgebäude 5-60
5.6 Verwaltungsgebäude 5-65
5.7 Grundschule 5-67
5.8 Bewertung der Beispiele 5-71
6. UMFRAGE UND DEREN ERGEBNISSE 6-77
6.1 Umfrage bei den unabhängigen Beratern für Fassadentechnik 6-77
6.2 Umfrage bei Planern 6-81
6.3 Zusammenfassung zu den Ergebnissen der Umfragen 6-86
7. ZUSAMMENFASSUNG 7-91
7.1 Forschungsziel 7-91
7.2 Behaglichkeit 7-91
7.3 Berechnungs- und Bemessungsverfahren 7-92
7.4 Bewertung der Bemessungsverfahren anhand von Objektbeispielen 7-93
7.5 Umfrage bei Fassadenberatern und Planern 7-94
7.6 Schlussfolgerungen und Empfehlungen 7-95
8. LITERATURHINWEISE UND QUELLENANGABEN 8-97

Publikationslisten zum Thema:
Sommer, Klimatisierung, Raumklima, Behaglichkeit, Raumtemperatur, Sonneneinstrahlung, Aufheizung, Berechnung, Rechenverfahren, Wärmeschutz(sommerlich), Ärztehaus, Bürogebäude, Blockbebauung, Verschattung, Verwaltungsgebäude,

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Bücher, Broschüren

Walter Bläsi
Bauphysik
11., Aufl.
2022, 524 S., zahlr. Abb., 4-fbg., 17 x 24 cm, brosch. 240 mm, Softcover
Europa-Lehrmittel

Konstruktionen werden problemorientiert anhand durchgerechneter Beispiele unter dem Blickwinkel des Wärme-, Feuchte-, Schall- und Brandschutzes dargestellt und interpretiert. Der Zusammenhang zwischen Wärmeschutz und Feuchteschutz wird anschaulich dargestellt. Informationen zur Bauchemie und deren praktischer Anwendung. Geeignet für Meister/-innen, Energieberater/-innen, Studierende an Hochschulen und zum Selbststudium. In der 11. Auflage wurden das vereinfachte Verfahren zur Berechnung des Wärmeschutzes nach dem neuen Gebäude-Energie-Gesetztes (GEG) aufgenommen und in zwei Beispielen berechnet. Der mittlere U-Wert wird durch den oberen und unteren Grenzwert berechnet. Der Wärmeschutznachweis nach dem GEG für Bestandshäuser und neu zu errichtendem Wohngebäude wurde nach der Monatsbilanzierung der DIN 4108 angewendet.

Matthias Friedrich
Entwicklung eines Ansatzes zur Bestimmung des Außenluftwechsels an Doppelfassaden
Fassadensysteme und Gebäudehüllen, Band 2
2022, xxiii, 150 S., XXIII, 150 S. 74 Abb., 51 Abb. in Farbe. 240 mm, Softcover
Springer

In der Dissertation wird ein Rechenansatz erarbeitet, welcher die Abschätzung des Außenluftwechsels bei natürlich belüfteten Doppelfassaden ermöglicht. Als Datengrundlage werden Luftwechselmessungen an zehn Gebäuden mit Doppelfassaden genutzt, die durch Messungen von Druck- und Temperaturprofilen sowie durch die Messung der meteorologischen Randbedingungen begleitet wurden. Untersucht wurde die einseitige Lüftung an Kastenfenstern bzw. an Fenstern mit vorgesetzten Prallscheiben sowie an Korridorfassaden. Bei den Innenfenstern handelte es sich um Schiebetüren und Drehfenster.

Bauphysik-Kalender 2022
Bauphysik-Kalender
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Die Ausgabe 2022 des Bauphysik-Kalenders behandelt das gesamte bauphysikalische Themenspektrum rund um den Holzbau, welcher seit einigen Jahren eine wachsende Aufmerksamkeit erhält. Die Bauweise zeichnet sich durch geringes Gewicht und kurze Bauzeiten aufgrund der Vorfertigung aus. Energetisch optimierte Holzkonstruktionen mit großen Dämmstoffdicken sind im Holzrahmenbau und Holztafelbau möglich. Im Fokus dieses gewachsenen Interesses steht außerdem die Anwendung des nachwachsenden Rohstoffes Holz, weil das gebundene CO2 aus der Wachstumsphase im Gebäude gespeichert bleibt und ein relativ geringer Einsatz von Energie bei der Herstellung nötig ist. Damit dieser Vorteil gegenüber den Massivbauweisen mit Beton bzw. Mauerwerk tatsächlich zum Tragen kommt, muss die Lebensdauer der Gebäude und Bauwerke in Holzbauweise vergleichbar lang sein. Für die höheren Gebäudeklassen kommt hierbei den bauphysikalischen Aspekten eine entscheidende Rolle zu: Feuchteschutz, Wärmeschutz, Brandschutz müssen die Dauerhaftigkeit der Konstruktion sichern und, zusammen mit dem Schallschutz, die hochwertige Nutzung gewährleisten. Der Einsatz von Naturfaserdämmstoffen zu diesen Zwecken wird gemeinsam mit dem Holzbau ebenfalls attraktiver. Der neue Bauphysik-Kalender 2022 bietet eine solide Arbeitsgrundlage und ein verlässliches aktuelles Nachschlagewerk für die Planung in Neubau und Bestand, alle Kapitel bewegen sich nahe an der Ingenieurpraxis. Das Buch enthält Planungshinweise, Konzepte und Praxisbeispiele für energieeffizientes, schadenfreies, nachhaltiges Bauen mit Holz.

Thomas Ackermann
Tabellenbuch Bauphysik
Wärme - Feuchte - Schall
2., Aufl.
2022, 420 S., 240 mm, Buch
Reguvis Fachmedien

Das Tabellenbuch bietet eine übersichtliche Darstellung der für die Bauphysik relevanten Sachverhalte mit wichtigen Zusatzinformationen. Es fasst kurz und prägnant die wesentlichen Gleichungen, Parameter und Stoffkenngrößen zusammen. Die erforderlichen Angaben wurden den korrespondierenden DIN-Normen entnommen, wobei an den entsprechenden Stellen Fehler, die in den Normen enthalten sind, korrigiert wurden. Außerdem enthält das Tabellenbuch Vorschläge zur Lösung von Problemstellungen, die in den Normen nicht geregelt sind, sowie Angaben zu den dabei zu verwendenden Daten.

Holzbau-Taschenbuch, Bd.1, Grundlagen, Entwurf, Bemessung und Konstruktionen
Grundlagen
10., Auflage.
2021, XIV, 546 S., 98 Tabellen, 346 SW-Abb. 24.4 cm, Hardcover
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Das Holzbau-Taschenbuch ist das Standardwerk des Holzbaus. Mit der 10. Auflage wird der Band "Grundlagen" in vollständig überarbeiteter und aktualisierter Form vorgelegt. Neueste Erkenntnisse aus Forschung und Praxis sowie die aktuelle Normung wurden von den führenden Wissenschaftlern und Praktikern aufbereitet. Nach einem Abriss der Geschichte und einer Einführung in den Holzbau von heute mit seinen Anwendungsgebieten und Entwurfsgrundsätzen werden die werkstofflichen Grundlagen von Holz, Holzwerkstoffen und Klebstoffen dargestellt. Entwurf, Berechnung und Bemessung bilden die zentralen Themen des Buches und werden umfassend behandelt. Weitere Kapitel sind dem Holzschutz, dem Brandschutz und den bauphysikalischen Funktionen gewidmet. Um der dynamischen Entwicklung der Holzbauweise Rechnung zu tragen, befasst sich ein eigenes Kapitel mit dem mehrgeschossigen Holzbau. Das Buch ist ein Nachschlagewerk für die Planungspraxis und eine unverzichtbare Hilfe bei der Einarbeitung in die innovative Bauweise. Mit der neuen Auflage wird das Standardwerk in vollständig neubearbeiteter und aktualisierter Form vorgelegt. Dies wurde insbesondere wegen der Umstellung der Berechnungsnormen auf das semiprobabilistische Sicherheitskonzept notwendig. Zudem wurden der Umfang der geregelten Holz- und Holzwerkstoffprodukte sowie die Möglichkeiten der Bemessung von Holzkonstruktionen aufgrund neuer Erkenntnisse aus Forschung und Praxis umfassend erweitert.

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

Baukonstruktionen aus Massiv-Holz, welche durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energie-effizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen

Achim Menges, Oliver Bucklin, Oliver David Krieg, Hans Drexler
Baukonstruktionen aus Massiv-Holz, welche durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energie-effizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3122
2019, 90 S., 36 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die weite Verbreitung, hohe Leistungsfähigkeit, und leichte Bearbeitbarkeit macht Holz zu einem idealen Baumaterial für innovative Konstruktionen. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Massiv-Holz-Bausystems, bei denen einfache Holz-Elemente durch digitale Fertigungsmethoden so bearbeitet werden, dass sie durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energieeffizienten und nachhaltigen Bauens erfüllen. Am Beispiel eines variablen Prototypen-Gebäudes, das in Partnerschaft zwischen der Universität Stuttgart, der Jade Hochschule und der IBA Thüringen entwickelt und gebaut wird, soll das Bausystem erprobt werden. Als eines der ersten voll parametrisch entworfenen und digital hergestellten Gebäude mit einer Vollholzkonstruktion stellt das Projekt einen wichtigen Schritt für die moderne Architekturforschung dar. Vor allem die praxisnahe Evaluation der Entwurfs- und Fertigungsmethodik hat eine Reihe von wichtigen Erkenntnissen zur Folge. Das Forschungsprojekt kann insofern als ersten Schritt für die Entwicklung eines neuen Bausystems angesehen werden.

John Grunewald, Dirk Weiß, Anne Paepcke, Thomas Tian
NANDRAD Plug & Run Green Building Simulation Engine
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3168
2019, 33 S., 16 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Ziel des Projektes war die Erstellung eines modernen Gebäudesimulationswerkzeuges für die Anwendung im deutschen Gebäudeentwurfsprozess. Innerhalb des Forschungsfeldes identifizierten die Autoren wesentliche Anforderungen an praxistaugliche Simulationsprogramme: Die Simulation sollte dynamisch durchgeführt werden und thermische Speichereffekte des Gebäudes genügend genau abbilden. Das Gebäude sollte dabei durch eine dreidimensionale graphische Oberfläche modelliert werden können. Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung sollten in die Gebäudesimulation integriert sein. Zusätzlich sollte die thermische Behaglichkeit Berücksichtigung finden. Die Autoren setzten diese Anforderungen prototypisch in den Programmen NANDRAD und BIM HVACTool um. Das wissenschaftliche Simulationsprogramm NANDRAD wurde um hydraulische Netzwerke und Anlagenkomponentenmodelle erweitert mit Schwerpunkt auf detailgetreuer Wärmeübertragung, thermische Verzögerung von Heiz-/Speicherkomponenten und Leitungsverluste durch die Rohre. Dieser Ansatz erzeugt eine hochgradig detailgetreue Gebäudeantwort auf die technische Gebäudeausrüstung. Das kommerzielle Programm BIM HVACTool enthält eine dreidimensionale graphische Modellierungsoberfläche für Gebäude. Es wurde um die Unterstützung des NANDRAD Simulationslösers erweitert. Zusätzlich wurde die detaillierte Modellierung von Heizkörpern und die Modellierung von Rohrnetzwerken mit dreidimensionaler Darstellung umgesetzt. Besonders hervorzuheben ist nach Ansicht der Autoren eine automatische Prozedur zur Erzeugung der Rohrverlegung innerhalb der dreidimensionalen Gebäudesicht.

Entwicklung von Methoden zur Erfassung und Bewertung von Nutzerzufriedenheit, Gebäudeperformance und Interaktion zwischen Wohngebäuden und Bewohnern. Abschlussbericht

Norbert Fisch, Thomas Wilken, Caroline Fafflok, Dirk Schwede, Hans Drexler, Eva Schulze, Karoline Dietel, Bernd Wegener, Moritz Fedkenheuer, Hélène Bangert, Tobias Lode
Entwicklung von Methoden zur Erfassung und Bewertung von Nutzerzufriedenheit, Gebäudeperformance und Interaktion zwischen Wohngebäuden und Bewohnern. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3106
2019, 154 S., 51 Abb. u. 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Meistens stützt sich die Bewertung von Gebäuden nur auf einseitige quantitative Berechnung von bauphysikalischen Werten. In nur wenigen Fällen werden die in der Planung prognostizierten Werte im Nachgang durch ein Monitoring verifiziert und / oder eine Nutzerbefragung zur Feststellung der Zufriedenheit der Bewohner durchgeführt. Die Nutzerzufriedenheit kann als Indikator für die Akzeptanz eines Gebäudes herangezogen werden. In dem Forschungsprojekt soll ein Werkzeug entwickelt werden, das eine einfache aber präzise Auswertung der Nutzerangaben, aber auch der technischen Messwerte erzeugt und einen Vergleich der beiden Datengruppen ermöglicht, um dann in der Praxis verwendbar zu sein. Dazu wurden vorhandene Werkzeuge und unterschiedliche Methoden der Beschreibung und Prognose des Nutzerkomforts parallel eingesetzt, um Soll-Werte aus der Planung in drei Dimensionen - den Gebäudeeigenschaften, dem Innenraumklima und dem Nutzerkomfort - zu erheben und mit ihren Ist-Werten aus dem Betrieb zu vergleichen. Zusätzlich werden im Anschluss die drei Dimensionen untereinander verknüpft bzw. miteinander verglichen.

Untersuchung zu zeitlichen Schwankungen der Feuchte in Innenräumen im Hinblick auf den Feuchtetransport durch Bauteile und die Vermeidung von Schimmelpilzbildung auf Bauteilinnenoberflächen

Thomas Ackermann
Untersuchung zu zeitlichen Schwankungen der Feuchte in Innenräumen im Hinblick auf den Feuchtetransport durch Bauteile und die Vermeidung von Schimmelpilzbildung auf Bauteilinnenoberflächen
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3371
2019, 89 S., 40 Abb. u. 23 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Mit dem vorliegenden Forschungsvorhaben zur Untersuchung der Temperatur und der absoluten Luftfeuchte in Gebäuden konnten erstmals Werte der Innenraumverhältnisse über einen Zeitraum ermittelt werden, die eine von einzelnen Jahren unabhängige mathematische Darstellung von Regressionskurven an verschiedenen Standorten in der Bundesrepublik und von Gebäuden unterschiedlichen Baualters ermöglichen. Die Auswertung von Messwerten der Temperatur und Feuchte in der Raumluft an 57 Standorten im gesamten Bundesgebiet zeigt, dass in neuzeitlichen Gebäuden, im Vergleich zu Gebäuden aus den fünfziger und sechziger Jahren, mit veränderten Verläufen der Temperatur und Luftfeuchte gerechnet werden muss. Bedingt durch die größere Luftdichtheit der Hülle, weisen die energiesparenderen Gebäude höhere Werte der absoluten und relativen Feuchte der Raumluft auf. Selbst durch den Einsatz gebäudetechnischer Anlagen zur Be- und Entlüftung gelingt es bei luftdichten Gebäuden nicht, den Wasserdampfgehalt in der Raumluft durch den Austausch trockener Außenluft gegen feuchte Innenluft in einer Weise zu senken, wie dies in einem älteren luftundichten Gebäude der Fall ist.

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Zeitschriftenartikel

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Schöner, Tobias; Gramm, Rafael; Kirmayr, Thomas
Übergabe von Bauwerks-Informationsmodellen (BIM) in den Gebäudebetrieb (kostenlos)
IBP-Mitteilung, IBP Report, 2022

Wagner, Andreas; Carbonare, Nicolas; Hebel, Dirk E.; Knudsen, Mattis; Gebauer, Regina; Blümke, Katharina
RoofKIT - Auf dem Weg zu einem neuen Bauen
Bauphysik, 2022

Voss, Karsten; Kalpkirmaz Rizaoglu, Isil
Einsatz von Computerprogrammen in der Hochschullehre. Serie: Gebäudesimulation und Berechnungstools in der Lehre
Bauphysik, 2022

Merkel, Holger
Blower-Door-Messung normgerecht. Wann wird wie gemessen?
Holzbau Die Neue Quadriga, 2022

Rogsch, Anja; Edelhäuser, Klaus-Jürgen
"Es wird jeweils ein signifikanter Prozentsatz an Energieausweisen bzw. Inspektionsberichten als Stichprobe gezogen". Experteninterview
Bauen plus, 2022

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