Sommerlicher Wärmeschutz : Vergleich von Berechnungsansätzen und Entwicklung eines Planungsinstrumentes für Entwurfsfindung und Nachweis

Abstract

Aufgrund globaler Erwärmung und zeitgenössischer Architektur, welche viel Glas und Leichtbau verwendet, ist die Problematik der sommerlichen Überwärmung von Räumen allgegenwärtig. Es gibt ein vereinfachtes Verfahren der ÖNorm B 8110-3, das für Sommertauglichkeitsnachweise in Österreich überwiegend eingesetzt wird. Dieses führt jedoch aufgrund des vereinfachten Berechnungsansatzes zu keiner ausreichenden Planungssicherheit und ist somit von realistischeren Ergebnissen und Möglichkeiten thermischer Gebäudesimulationsprogramme weit entfernt. Gebäudesimulationsprogramme sind aber in der Regel in ihrer Handhabung zu komplex und aufwändig, um ArchitektInnen beim Entwurfsprozess zu unterstützen. Viele Planungsentscheidungen, die in frühesten Planungsphasen getro en werden, haben einen wesentlichen Einuss auf das sommerliche Temperaturverhalten des Gebäudes und können nachträglich kaum oder nur mit erhöhtem Aufwand geändert werden. Die Überlegungen zum klimagerechten Bauen sollten also bereits in der Entwurfsphase stattnden. Den ArchitektInnen fehlen dazu aber vor allem für den Sommerfall geeignete und einfach zu bedienende Werkzeuge. Intendiertes Ziel ist es demnach, ein allgemein zugängliches, intuitives Online Tool mit einer selbsterklärenden, spielerisch zu handhabenden Programmoberäche zu entwickeln, welches mit keinem Mehraufwand gegenüber einem vereinfachten Verfahren verbunden ist, jedoch zu realitätsnahen Ergebnissen führt. Den ArchitektInnen soll es so auf einfache Weise ermöglicht werden, hinsichtlich des sommerlichen Gebäudeverhaltens einen optimierten Entwurf zu entwickeln. Im Hintergrund werden bauphysikalisch korrekte Ergebnisse anhand einer thermisch dynamischen Gebäudesimulation erzeugt, basierend auf der periodisch eingeschwungenen Berechnungsart im Frequenzbereich. Durch diese speziell für die Fragestellung der hochsommerlichen Raumtemperatur bestens geeignete Methode können Ergebnisse in Echtzeit erhalten werden und zügig verschiedene Varianten überprüft werden. Überdies werden in der Arbeit wichtige Grundlagen wie z. B. zur Wärmespeicherfähigkeit erläutert und diskutiert, um oft vorherrschende Missverständnisse zu beseitigen. Es werden zudem verschiedene Methoden zur Bewertung der Sommertauglichkeit verglichen, sowie Programme, die diese Methoden implementiert haben, vorgestellt. Des Weiteren werden Validierungen ausgewählter thermisch dynamischer Gebäudesimulationsprogramme anhand der europäischen Norm 13791 präsentiert.

Due to global warming and contemporary architecture, which uses a lot of glass and lightweight constructions, the problem of summerly overheating of rooms is ubiquitous. There is a simplied method according to the Standard B 8110-3, which is predominantly used for assessing the summerly heat protection in Austria. However, due to the simplied calculation approach, no good planning reliability can be assured and is thus far from the more realistic results and possibilities of thermal dynamic building simulation programs. On the other hand building simulation programs are usually too complex and time-consuming to support architects in the design process. Many planning decisions, which are made in early planning phases, have signicant inuence on the summerly behaviour of the building and can hardly be changed afterwards or just with increased eort. Considerations regarding climate-friendly building should thus already take place in the design phase. Again, it is problematic that architects lack tools for evaluating the summerly heat protection that can be used easily. Hence the goal is to develop a generally accessible, intuitive online tool with a self-explanatory, playful interface that is not based on a simpli ed calculation method, but generates realistic results. The architects will then be easily enabled to develop optimized designs regarding the summerly heat protection. In the background, physically correct results are generated by means of a thermodynamic building simulation, based on a periodically settled calculation method in the frequency domain. Thanks to this method, which is especially suitable for the question of midsummer room temperatures, results can be obtained in real time and dierent variants can be analysed quickly. Moreover, important aspects such as heat storage capacity are discussed, in order to eliminate often prevailing misunderstandings. In addition, various methods for assessing the summer suitability are compared, as well as programs are presented that implement these methods. Furthermore, validations of selected thermodynamically building simulation programs are presented using the European Standard 13791.