Entwicklung eines stockwerkübergreifenden Querlüftungsmodells unter Berücksichtigung von Insekten- und Pollenschutzgittern für Einfamilienhäuser zur Prognose der sommerlichen Überwärmung

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden mit einfachen Mitteln die stockwerksübergreifende Querlüftung in Einfamilienhäusern und die Wirkung von Insektenund Pollenschutzgittern berechnet. Ziel der Arbeit ist es, ein Planungswerkzeug zu erstellen, mit dem die sommerliche Überwärmung in Einfamilienhäusern möglichst rasch und genau prognostiziert werden kann. Ausgangspunkt für die Überlegungen ist der aktuelle Trend zur vermehrten Aufstellung von Klimageräten in Haushalten und die fehlende Möglichkeit in der aktuellen Planungspraxis, das Sicherheitsbedürfnis der Bewohnerinnen und Bewohner oder die Lebensrealität beim Lüften von Einfamilienhäusern abbilden zu können (Stichwort: gekippte Fenster im Erdgeschoss). In der Literatur konnten keine an realen Einfamilienhäusern validierten Verfahren zur Berechnung der stockwerkübergreifenden Querlüftung und zur Berechnung des Lüftungsverhaltens bei Verwendung von Insektengittern gefunden werden. Im Zuge der Arbeit fanden an verschiedenen Einzelraumund Querlüftungssituationen mit und ohne Insektenschutz Tracergasmessungen statt. Neben der quantitativen Untersuchung der Luftströmungen wurde auch die Durchströmung des Gebäudes sichtbar gemacht. Das neu entwickelte Rechenmodell wurde anhand der Luftströmungsmessungen an einem realen zweistöckigen Einfamilienhaus validiert und in ein thermisches Raumsimulationsmodell eingebaut. Mit dem Raumsimulationsmodell wurde an einem praxisrelevanten Fall die operative Temperatur anhand des neuen Modells berechnet und mit der bisherigen Planungspraxis verglichen, um damit die sommerliche Überwärmung von Einfamilienhäusern mit verschiedenen Verfahren nachzuweisen. Der Vergleich der in dieser Arbeit aufgezeigten Raumsimulation der stockwerksübergreifenden Querlüftung mit den derzeit für die Planung herangezogenen Verfahren zeigt, dass die Berücksichtigung des Querluftstromes durch alle Zonen und die Berücksichtigung des Wärmeaustausches durch ein Trennbauteil eine genauere Prognose der sommerlichen Überwärmung liefert als mit den bisherigen Planungsmethoden. Als Ergebnis dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mit einem einfachen Modell rasch das Lüftungsverhalten von Einfamilienhäusern nachvollzogen werden kann. Es hat sich aber auch gezeigt, dass mit dem Modell einige spezielle Lüftungssituationen nicht abbildbar sind.

The present scientific work contains the cross ventilation between floors in a single family house. It takes into account the influence of screens against insects and pollen using a simplified calculation method. The aim of the work is to create a tool for planners to predict the summer overheating in detached houses on a simple and fast way by keeping an unexpected high level of accuracy. The incentive for starting this work was the increasing growth of airconditioners in private homes. The presented method may open an opportunity for accurate planning even for small houses with reduced calculation work and should be taken as a contribution for climate protaction. It respects the security needs of real life of residents when they ventilate their houses (keyword: tilted windows in ground floor during nighttime ventilation). In the literature, no validated methods on real single family houses can be found neither for calculation of cross ventilation between floors nor for calculation of ventilation behaviour by use of insect screens. Therefor tracer gas measurements in different rooms and cross ventilation situations were performed, as well with and without insect protection. In addition to their quantitative analysis, the air flows through the building were visualized. The new developed calculation model was validated by airflow measurements on a real two-storey single-family house and integrated into a thermal room simulation model. Using the room simulation model, the operative temperature was calculated at a practical example for one thing according to the new model and was on the other hand compared with the actual planning practice - in order to demonstrate the summer overheating of single family houses by using different methods. The comparison shown in this work between here given room simulation including cross ventilation between floors and the currently used methods for the planning process, illustrates the necessity to consider cross ventilation through all zones. Respecting the heat exchange through a separating component will enabel a more accurate prediction of the summer overheating than previous planning methods without ths opportunities. As a result of this work it could be shown that the ventilation behavior of single-family house can be comprehended quickly with a simple model. The analysis with the simplified modelling also shows, that some special ventilation situations cannot be reproduced with this model.