Eine Sensitivitätsanalyse zur Sommertauglichkeit wird an einem Modellwohnraum durchgeführt, der über eine einzige Außenwand verfügt; sie ist nach Süden ausgerichtet, besteht aus Stahlbeton und ist mit einem WDVS verkleidet. Von der nicht sommertauglichen Ausgangssituation ausgehend werden verschiedene Maßnahmen gesetzt und das thermische Verhalten des Raumes bezüglich Sommertauglichkeit beobachtet. Die Berechnung erfolgt sowohl für das vereinfachte als auch für das dynamische Verfahren gemäß ÖNORM B 8110 Teil 3. An zwei Stellen zeigt sich, dass das vereinfachte Verfahren noch eine Sommertauglichkeit ausweist, während der Raum gemäß dem genaueren dynamischen Verfahren nicht mehr sommertauglich wäre. Das zugehörige Excel-Berechnungsprogramm wurde an der TU Wien entwickelt und ist Teil des "Riccabona-Lehrbuches", Band "Bauphysik", das an vielen HTLs in der Lehre eingesetzt wird.
Teil 1: Die Ausgangssituation
Kurzbeschreibung: Ohne Maßnahmen zu setzen, also auch noch ohne jegliche Nachtlüftung, liegt die maximale operative Temperatur des Raumes tagsüber zwischen 27,6 °C und 30,3 °C , also weit über den geforderten maximalen 27 °C . In einem ersten Schritt wird ein Sonnenschutz vorgesehen und Nachtlüftung betrieben. Ergebnis: Nur wenn beide Maßnahmen gesetzt werden, wird der Raum sommertauglich. Sensitivitätsanalyse Sommertauglichkeit - Wodurch wird die Sommertauglichkeit eines Raumes wie beeinflusst?
Eine Serie in vier Teilen.
Teil 1: Die Ausgangssituation
In diesem Beitrag soll der Frage nachgegangen werden, welche Einflussparameter wie auf das sommerliche Verhalten eines Beispielraumes wirken.
Viele dieser Parameter sind in der Planung beeinflussbar.
Die Simulationsrechnungen wurden mit einem Excel-Berechnungsprogramm durchgeführt, das unter der Leitung von Thomas Bednar, Universitätsprofessor am Institut für Bauphysik der TU Wien, entwickelt wurde.
Dieses Excel-Tool ist auf der CD, das dem Lehrbuch für HTLs "Baukonkonstruktionslehre 4 - Bauphysik" beiliegt, zu finden. Die dazu gehörenden Erläuterungen befinden sich in der Ausgabe des Lehrbuchs aus dem Jahr 2013 auf den Seiten 74 und 75.
Mit diesem Excel-Tool kann der Tagesgang der operativen Raumtemperatur simuliert werden, wobei zusätzlich auch die Ergebnisse des sogenannten vereinfachten Verfahrens berechnet werden.
Empfehlenswert ist, sich vor diesem Beitrag das File "Die novellierte Sommertauglichkeitsnorm" anzuhören.
Weiters möchten wir noch zu Beginn darauf hinweisen, dass es sich um Simulationsrechnungen anhand eines Beispielraums handelt und man daher mit verallgemeinernden Aussagen vorsichtig sein sollte. In der Planung ist natürlich der jeweils konkrete Fall für sich zu simulieren. Dennoch sollen anhand der im folgenden beschriebenen Berechnungen Anhaltspunkte und Tendenzen aufgezeigt werden.
Die Ausgangssituation - Um welchen Raum handelt es sich?
Der Raum, der den Simulationsrechnungen zugrundeliegt, ist 20 m2 groß, 5 Meter lang, 4 Meter breit, die Raumhöhe beträgt 3 Meter.
Die einzige Außenwand ist nach Süden orientiert. In dieser Wand befinden sich zwei gleich große öffenbare Fenster mit einer Gesamtfläche von 3 m2.
Die Bauweise ist eher schwer - die Außenwand besteht aus Stahlbeton mit 14 cm Dicke und einem Wärmedämmverbundsystem mit 16 cm Dicke, auch Decke und Boden bestehen im Kern aus Stahlbeton, die Innenwände sind in Leichtbauweise aufgebaut.
Als Raumnutzung wird Wohnnutzung ausgewählt. Bei Wohnnutzung ist angenommen, dass keine inneren Wärmelasten während der Nachtstunden von 22 bis 6 Uhr vorhanden sind, tagsüber gibt es ein erstes Maximum der inneren Wärmelasten um die Mittagszeit, noch höher sind die inneren Wärmeeinträge allerdings am Abend zwischen 18 und 22 Uhr.
Es gibt keinen Sonnenschutz, und es wird angenommen, dass keine Nachtlüftung erfolgt.
Es gibt keine Lüftungsanlage (bzw. raumlufttechnische Anlage).
Das Außenklima ist durch eine Tagesmitteltemperatur von 23 Grad charakterisiert bei einem innerstädtischen Temperaturverlauf. Das Minimum der Außentemperatur beträgt 17,7 Grad, das Maximum der Außentemperatur 27,7 Grad.
Die Ausgangssituation ist also durch eher moderate Annahmen charakterisiert: mit einem Maximum der Außentemperatur von 27,7 Grad handelt es sich um keinen extrem heißen Tag, es gibt keine überdimensionierten Fensterflächen und einiges an Speichermasse im betrachtetes Raum.
Ungünstig ist allerdings, dass kein Sonnenschutz vorhanden ist und keine Nachtlüftung erfolgt.
Unter diesen Annahmem ergibt sich, dass der Raum das Kriterium für Sommertauglichkeit nicht erfüllt: Die maximale operative Temperatur beträgt 30,3 Grad, die minimale operative Temperatur beträgt 27,6 Grad Celsius. Dies liegt weit über den 27 Grad, die nicht überschritten werden dürfen, damit der Nachweis der Sommertauglichkeit gemäß ÖNORM B 8110 Teil 3 für Haupträume gegeben ist.
Die solaren und inneren Wärmeeinträge können also nicht ausreichend abgemindert und abgeführt werden, um eine Überwärmung zu vermeiden.
Zu beachten ist, dass die operative Temperatur nicht mit der Raumlufttemperatur gleichzusetzen ist: Die operative Temperatur wird als arithmetischer Mittelwert der Raumlufttemperatur und der mittleren Oberflächentemperatur der raumbildenden Bauteile berechnet.
Mit welchen Maßnahmen kann dieser Raum nun sommertauglich werden?
Ändern wir die beiden Einflussfaktoren Sonnenschutz und Nachtlüftung: Im ersten Schritt bekommen die beiden südorientierten Fenster einen Sonnenschutz.
Bei innenliegendem Sonnenschutz sinkt die maximale operative Temperatur von 30,3 Grad auf 29,8 Grad, bei außenliegendem Sonnenschutz auf 28 Grad.
Das Kriterium, die 27 Grad nicht zu überschreiten, ist also noch immer nicht erreicht.
Im nächsten Schritt werden zusätzlich zum außenliegenden Sonnenschutz die Fenster in der Nacht geöffnet: Werden die Fenster in den Nachtstunden von 22 bis 6 Uhr nur gekippt, erreicht die maximale operative Temperatur 27,6 Grad. Werden die Fenster allerdings in der Nacht vollständig geöffnet, sinkt die maximale operative Temperatur auf 25,4 Grad.
Wäre hingegen im Fall der während der Nacht vollständig geöffneten Fenster aber nur ein innenliegender Sonnenschutz vorhanden, sinkt die maximale operative Temperatur nur auf 27,5 Grad.
Fazit: Der betrachtete Raum wird nur dann gemäß den Simulationsrechnungen sommertauglich, wenn eine außenliegende Verschattung angebracht und aktiviert ist und Nachtlüftung über vollständig geöffnete Fenster erfolgt.
Alle diese Variationen wurden, wie gesagt mit dem seit 2012 in der ÖNORM B 8110 Teil 3 eingeführten Tagesgangverfahren der operativen Temperatur berechnet.
Wie sehen diese Fälle mit dem sogenannten vereinfachten Verfahren aus?
Bemerkenswert ist, dass hier in allen bisher betrachteten Fällen der Nachweis der Sommertauglichkeit erfüllt werden kann. Damit dieses Verfahren allerdings gemäß der seit 2012 gültigen ÖNORM B 8110 Teil 3 formal angewendet werden darf, müsste neben Wohnnutzung und einer maximalen mittleren Außentemperatur von 23 Grad auch das Kriterium, dass Nachtlüftung über geöffnete Fenster erfolgen kann, erfüllt sein.
Wenn also nur die Fälle mit Nachtlüftung über geöffnete Fenster betrachtet werden, ergibt sich eine Diskrepanz in dem Fall, dass innenliegender Sonnenschutz vorgesehen ist: Hier ist der Nachweis der Sommertauglichkeit gemäß vereinfachtem Verfahren erfüllt, aber nicht bei Anwendung des Verfahrens, das den Tagesgang der operativen Raumtemperatur simuliert.
Teil 2: Drehung des Raumes, Vergrößerung der Fensterfläche, Änderung der Raumnutzung
Kurzbeschreibung: Drehungen der Außenwand mit Fensterflächen jeweils in den Osten und den Westen erhöhen die Maximaltemperaturen geringfügig. Eine Drehung nach Norden senkt die Maximaltemperatur. Interessanterweise bringt auch beim nach Norden gedrehten Raum Außenverschattung etwas – die maximale operative Temperatur sinkt immerhin um 1,5 Grad. Eine vergrößerte Fensterfläche steigert natürlich auch die Maximaltemperatur, die Vergrößerung kann aber durch eine Außenverschattung praktisch immer zur Gänze kompensiert, also entschärft werden. Werden die inneren Lasten auf Null gesetzt, kann bei Außenverschattung sogar auf die Nachtlüftung verzichtet werden, und es bleibt immer noch behaglich. Bei einer Nutzung des Raums als Büro steigt die Maximaltemperatur rasch mit der Zahl der Büronutzer, bei zwei Personen ist bereits eine Klimaanlage unverzichtbar. Sensitivitätsanalyse Sommertauglichkeit - Teil 2: Drehung des Raumes, Vergrößerung der Fensterfläche, Änderung der Raumnutzung
Im Ausgangszustand sind die Fenster nach Süden orientiert. Wie verändert sich das sommerliche Verhalten des Raumes, wenn alle Ausgangsbedingungen gleich gelassen werden, aber der Raum nach Westen, nach Osten und schließlich nach Norden gedreht wird?
Wird der Raum nach Westen gedreht, steigt die maximale operative Temperatur von 30,3 auf 31,9 Grad, bei Drehung nach Osten auf 30,9 Grad, bei Drehung nach Norden sinkt diese Temperatur auf 29,1 Grad.
Die Temperaturspitze wird bei dem nach Westen gedrehten Raum um 17 Uhr, bei dem nach Osten gedrehten Raum um 6 Uhr erreicht.
Bei dem nach Westen gedrehten Raum liegt das höhere Temperaturmaximum an der Kombination von hohen solaren und auch höheren inneren Wärmeeinträgen am Nachmittag. Bei dem nach Osten gedrehten Raum steigt die Temperatur aufgrund der hohen solaren Einträge während der frühen Morgenstunden zunächst bis 6 Uhr an, danach sinkt die Temperatur kurzzeitig ab, da in der Berechnung angenommen wird, dass nach 6 Uhr die Fenster geöffnet werden.
Für alle Varianten der unterschiedlichen Raumorientierungen gilt, dass erst bei der Kombination von Außenverschattung und Nachtlüftung eine operative Raumtemperatur von 27 Grad unterschritten werden kann.
Ein interessanter Aspekt ist, dass auch beim nach Norden gedrehten Raum Außenverschattung etwas bringt - die maximale operative Temperatur sinkt immerhin um 1,5 Grad, falls eine Außenverschattung amgebracht wird. Am meisten - zumindest relativ - bringt Außenverschattung bei dem nach Westen gedehten Raum; die operative Temperatur sinkt um 3,7 Grad.
Die Fensterfläche wird vergrößert
Werden die nach Süden orientierten Fensterflächen um 50%, um 100% und schließlich um 150% vergrößert, erhöht sich die maximale operative Temperatur im Raum folgendermaßen: Bei 50% Vergrößerung steigt sie um 0,5 Grad auf 30,8 Grad; bei 100% um 1,1 Grad auf 31,4 Grad; bei 150% um 1,8 Grad auf 32,1 Grad.
Wie gesagt, in der Ausgangsvariante immer unter der Annahme, dass keine Verschattung und keine Nachtlüftung erfolgt.
Wird in diesen Fällen der vergrößerten Fensterflächen allerdings eine Außenverschattung vorgesehen, sinkt in jedem Fall die maximale operative Temperatur auf den gleichen Wert, nämlich auf 27,7 Grad.
Größere Fensterflächen bringen zwar höheren solaren Eintrag, auch bei außenliegendem Sonnenschutz - wenn auch deutlich abgemindert, aber sie führen auch zu einer etwas stärkeren Abkühlung während der Nachtstunden, selbst wenn die Fenster nachts nicht geöffnet sind, aufgrund des höheren U-Werts der Fenster im Vergleich zur Wandkonstruktion.
Wie auch bei den bisherigen Fällen, sinkt die maximale operative Temperatur erst bei der Kombination von Außenverschattung und Nachtlüftung über geöffnete Fenster deutlich unter 27 Grad, nämlich auf 25,3 bzw. 25,4 Grad.
Veränderte Raumnutzung - die inneren Wärmelasten ändern sich
Bisher war als Raumnutzung immer Wohnnutzung ausgewählt. Diese Nutzung ist dadurch charakterisiert, dass während der Nachtstunden zwischen 22 Uhr und 6 Uhr keine inneren Wärmelasten anfallen, zwischen 6 Uhr und 22 Uhr bewegen sich die inneren Wärmelasten im betrachteten Raum zwischen 122 und 260 Watt bei Spitzenwerten während der Abendstunden zwischen 18 und 21 Uhr.
Was passiert nun, wenn diese Wärmelasten bei grundsätzlich gleichem Verlauf halbiert werden?
Die maximale operative Temperatur sinkt um 0,7 Grad auf 29,6 Grad.
Wird ein außenliegender Sonnenschutz vorgesehen, sinkt die maximale operative Temperatur auf 26,6 Grad, es kann also bei halbierten Wärmelasten der Nachweis der Sommertauglichkeit im Unterschied zu den bisher betrachteten Varianten auch ohne Nachtlüftung erfüllt werden.
Werden versuchsweise die inneren Lasten während des ganzen Tages auf Null gesetzt, überwärmt der Raum dennoch aufgrund der solaren Wärmeeinträge, sofern keine Verschattung vorgesehen ist und keine Nachtlüftung erfolgt; die maximale operative Temperatur erreicht 28,9 Grad. Bei Außenverschattung ohne Nachtlüftung sinkt die maximale Temperatur allerdings bereits auf 24,4 Grad.
Was passiert nun, wenn statt Wohnnutzung Büronutzung angenommen wird?
Büronutzung bedeutet, dass während der Bürozeiten zwischen 9 und 18 Uhr relativ hohe innere Wärmelasten anfallen, außerhalb der Bürozeiten sind die inneren Lasten mit Null angenommen. Im Fall eines Ein-Personen-Büros erreichen die inneren Wärmelasten während der Bürozeiten 330 Watt, nur um 13 Uhr sind sie auf 250 Watt reduziert; im Fall eines Zwei-Personen-Büros sind die inneren Wärmelasten doppelt so hoch.
In dem Fall, dass der Raum als Ein-Personen-Büro genutzt wird, erhöht sich die maximale operative Temperatur um 0,4 Grad auf 30,7 Grad; falls der Raum als Zwei-Personen-Büro genutzt wird, erhöht sich die maximale operative Temperatur auf 32,3 Grad; also bereits um 2 Grad mehr im Vergleich zur Ausgangsvariante. Unter diesen Bedingungen kann keinesfalls mehr effizient gearbeitet werden.
Die inneren Wärmelasten sind im Fall des Zwei-Personen-Büros so hoch, dass selbst bei der Kombination aus Außenverschattung und Nachtlüftung die maximale operative Temperatur von 27 Grad nicht unterschritten wird, diese beträgt in diesem Fall 28,3 Grad, während sie im Fall der Nutzung als Ein-Personen-Büro auf 25,6 Grad sinkt.
Bei der Nutzung als Zwei-Personen-Büro kann also ohne aktive Kühlung sommerliche Überwärmung nicht mehr vermieden werden.
Teil 3: Die Wirkung von Speichermasse und von Wärmedämmung
Kurzbeschreibung: Eine Erhöhung der Speichermasse hat bei dem schweren Raum (Stahlbetonaußenwand) fast keine positive Wirkung mehr. Aber auch ein Reduzieren der Speichermasse hat keinen allzu großen Effekt. Die Speichermasse hat also keinen besonders großen Einfluss, vor allem nicht verglichen mit Abschattung und Nachtlüftung. Und der Einfluss der Wärmedämmung? Solange die Dicke der Wärmedämmung in einem Bereich bleibt, der für den Winterfall akzeptabel ist, haben Änderungen kaum eine Wirkung auf das Sommerverhalten. Sensitivitätsanalyse Sommertauglichkeit - Teil 3: Die Wirkung von Speichermasse und von Wärmedämmung
Unser Raum ist im Ausgangszustand schon relativ "schwer", d.h. weist eine nicht unerhebliche Speichermasse auf, da Außenwand, Decke und Boden im Kern aus Stahlbeton bestehen. Nur die Innenwände sind in Leichtbauweise errichtet, nämlich als Gipskartonwände mit innenliegender Dämmung.
Wie sinnvoll hinsichtlich des Sommerverhaltens ist es nun, den Raum noch schwerer zu machen? Und wie wirkt sich eine leichtere Bauweise auf das Sommerverhalten aus?
In einem ersten Schritt machen wir nun den Raum etwas schwerer, indem auch die Innenwände aus 14 cm Stahlbeton bestehen sollen.
Eine noch schwerere Bauweise verändert das Sommerverhalten des Raumes nur geringfügig: Die maximale operative Temperatur sinkt von 30,3 auf 30 Grad.
Auch gilt in diesem Fall, dass erst bei der Kombination von Außenverschattung und Nachtlüftung über geöffnete Fenster eine maximale operative Temperatur unter 27 Grad erreicht wird, konkret 24,9 Grad.
Ist keine Verschattung vorhanden, aber es wird Nachtlüftung über geöffnete Fenster durchgeführt, sinkt die maximale operative Temperatur auf 27,3 Grad, der Nachweis der Sommertauglichkeit ist also knapp nicht erfüllt. Wieder gilt aber: Wird hingegen das vereinfachte Verfahren durchgeführt, kann der Nachweis erfüllt werden.
Im nächsten Schritt wird der Raum leichter gemacht; auch Außenwand, Decke und Boden werden in Leichtbauweise errichtet, die größte verbleibende Speichermasse wird in Decke und Boden durch eine 5 cm dicke Schicht aus Zementestrich gebildet.
Die maximale operative Temperatur steigt dadurch um 0,6 Grad; von 30,3 auf 30,9 Grad.
Bei der leichteren Bauweise ist auch anzumerken, dass der Temperaturhub größer ist, d.h. es ist nicht nur die maximale Temperatur höher, auch die minimale Temperatur ist niedriger im Vergleich zur schwereren Bauweise.
Speicher 3:
Zusammenfassend lässt sich zum Thema Speichermasse sagen, dass diese zwar einen Einfluss auf das Sommerverhalten hat, aber andere Einflüsse wie:
Gibt es einen außenliegenden Sonnenschutz oder nicht?
Wird Nachtlüftung über geöffnete Fenster durchgeführt oder nicht?
Wie wird der Raum genutzt und wie hoch sind demzufolge die inneren Wärmelasten?
haben in der Regel einen größeren Einfluss auf das Sommerverhalten als die Speichermasse des Raumes.
Die Wirkung von Wärmedämmung
Wie verändert sich das sommerliche Verhalten, wenn die Wärmedämmung der Außenbauteile, in diesem Fall der Außenwand, verändert wird?
Im Ausgangszustand ist eine außenliegende Wärmedämmung an der Außenwand mit einer Schichtdicke von 16 cm angebracht, der U-Wert der Außenwand beträgt 0,24 Watt/m2K.
In einem ersten Schritt wird die Wärmedämmung verbessert, von 16 cm auf 32 cm Dämmdicke, der U-Wert beträgt dann 0,12; im nächsten Schritt wird die Wärmedämmung reduziert, von 16 auf 8 cm Dämmdicke (U-Wert 0,45) und schließlich wird noch die ungedämmte Außenwand betrachtet (U-Wert 4,3).
Im ersten Fall des verbesserten Wärmeschutzes der Außenwand steigt die maximale operative Temperatur geringfügig, von 30,3 auf 30,4 Grad.
Mehr Wärmedämmung und höhere Temperaturen, wie kann das sein? Der Grund liegt darin, dass durch die erhöhte Dämmung die auskühlende Wirkung in der Nacht stärker reduziert wird, als die Wärmeaufnahme tagsüber über Sonneneinstrahlung. Wird die Dicke der Dämmung hingegen auf 8 cm reduziert, sinkt die maximale operative Temperatur geringfügig, von 30,3 auf 30,2 Grad.
Einen größeren Effekt hat es, wenn gar keine Wärmedämmung vorgesehen ist, dann sinkt die maximale operative Temperatur auf 29,2 Grad. Diese Betrachtungen gelten allerdings für die erwähnte eher schwere Bauweise.
Zusammenfassend lässt sich also zur Wirkung von Wärmedämmung festhalten, dass diese kaum eine Wirkung auf das Sommerverhalten hat, soferne die Dicke der Wärmedämmung in einem Bereich bleibt, der für den Winterfall akzeptabel ist. Die Dimensionierung der Wärmedämmung sollte also - wie bisher - in Hinblick auf einen möglichst reduzierten Heizwärmebedarf erfolgen.
Teil 4: Das Außenlima wird extremer, Zusammenfassung der Ergebnisse
Kurzbeschreibung: Aufgrund der dargelegten Tendenz zu immer mehr Hitzetagen und Tropennächten werden Situationen simuliert, bei denen die Tagesmitteltemperatur um 1,5 °C , um 3 °C bzw. um 5 °C steigt, um die Frage zu beantworten, wie sensibel die Behaglichkeit auf Ungenauigkeiten in der Prognose des Klimas reagiert und ob man bei höheren Temperaturen noch immer ohne aktive Kühlung auskommen kann. Fazit: Bei einem Anstieg um 1,5 °C könnte bei der Kombination von Außenverschattung und Nachtlüftung der Raum noch sommertauglich bleiben, Bei einem Anstieg um 3 °C müssten zusätzlich die inneren Lasten halbiert werden, um die geforderten Maximaltemperaturen zu unterschreiten (bei gleichzeitiger Ausschöpfung der Maßnahmen Abschattung und Nachtlüftung). Bei einem Anstieg um 5 °C reicht auch die Halbierung der inneren Wärmelasten nicht mehr aus. Sensitivitätsanalyse Sommertauglichkeit - Teil 4: Das Außenlima wird extremer, Zusammenfassung der Ergebnisse
Bislang wurden alle Simulationsrechnungen bei einem angenommenen Außenklima mit einer Tagesmitteltemperatur von 23 Grad durchgeführt.
Wie verhält sich der Raum nun an wärmeren Tagen?
Dazu werden drei Temperatursprünge betrachtet:
Erstens, es wird um 1,5 Grad wärmer, das bedeutet eine Tagesmitteltemperatur von 24,5 Grad; die Außentemperatur bewegt sich zwischen 19,3 Grad (um 4 Uhr früh) und 29,2 Grad um 15 Uhr. Zweitens, es wird um 3 Grad wärmer, das bedeutet eine Tagesmitteltemperatur von 26 Grad; die Außentemperatur erreicht ein Maximum von 30,7 Grad.
Drittens, es wird um 5 Grad wärmer, das bedeutet eine Tagesmitteltemperatur von 28 Grad; die Außentemperatur erreicht ein Maximum von 32,7 Grad, also einen Wert, der mittlerweile gar nicht so selten an heißen Sommertagen erreicht wird.
Es zeigt sich, dass der Verlauf der operativen Temperaturen im Rauminneren linear mit den höheren Außentemperaturen mitgeht.
Bei einer erhöhten mittleren Außentemperatur um 1,5 Grad erhöht sich auch die maximale operative Temperatur um 1,5 Grad, steigt also auf 31,8 Grad.
Analog ist das bei einer Steigerung der mittleren Außentemperatur um 3 Grad und um 5 Grad. In diesen Fällen steigt die maximale operative Temperatur auf 33,3 bzw. 35,3 Grad.
Der sich im Rauminneren ergebende Temperaturverlauf ist im Grunde um den jeweiligen Temperatursprung parallel verschoben im Vergleich zur Ausgangssituation.
Kann der Raum auch unter extremeren klimatischen Bedingungen sommertauglich werden?
Wenn sowohl eine Außenverschattung vorgesehen wird als auch Nachtlüftung mit geöffneten Fenstern erfolgt, so kann im ersten Fall, d.h. bei einer Temperatursteigerung um 1,5 Grad, das Kriterium der Sommertauglichkeit eingehalten werden, die maximale operative Temperatur erreicht 26,9 Grad und liegt damit knapp unter 27 Grad.
Im zweiten und dritten Fall reicht die Kombination aus Außenverschattung und Nachtlüftung mit geöffneten Fenstern nicht mehr aus. Die maximalen operativen Temperaturen liegen in diesen Fällen bei 28,4 bzw. 30,4 Grad.
Könnte in diesen Fällen dennoch, zumindest theoretisch, das Kriterium der Sommertauglichkeit erreicht werden?
Dazu werden die inneren Wärmelasten reduziert. Eine Reduktion der inneren Wärmelasten kann einerseits durch weniger genutzte, aber auch durch effizientere Elektrogeräte erreicht werden, andererseits durch eine geringere Personenbelegung.
Werden die inneren Wärmelasten im Vergleich zur Ausgangsvariante halbiert, kann im Fall einer Erhöhung der Außentemperatur um 3 Grad mit 26,8 Grad die Grenze der maximalen operativen Temperatur von 27 Grad unterschritten werden. Im Fall einer Erhöhung der Außentemperatur um 5 Grad reicht auch eine Halbierung der inneren Wärmelasten nicht mehr, hier müssten die inneren Lasten auf Null reduziert werden, erst dann erreicht die maximale operative Temperatur einen Wert von 26,7 Grad.
Zusammenfassung der Ergebnisse
Die Simulationsrechnungen zeigen, dass insbesondere Art und Vorhandensein eines Sonnenschutzes, Art der Nachtlüftung und die Art der Raumnutzung und die damit verbundenen Wärmelasten einen großen Einfluss auf das sommerliche Verhalten des betrachteten Raumes haben.
Grundsätzlich: Ohne außenliegenden Sonnenschutz geht es in keinem Fall!
In den meisten der betrachteten Fälle ist auch eine Kombination von Außenverschattung und Nachtlüftung über geöffnete Fenster notwendig, damit die operative Raumtemperatur unter 27 Grad bleibt.
Es lässt sich also eine dringende Empfehlung für außenliegenden Sonnenschutz aus den Simulationsrechnungen ableiten, und das nicht nur für ost- und westseitig gelegene Fenster.
Bei höheren Außentemperaturen oder bei veränderter Raumnutzung wie Büronutzung kann es aber auch sein, dass selbst diese Kombination aus Außenverschattung und Nachtlüftung nicht mehr ausreicht, um die Sommertauglichkeit zu gewährleisten.
Einen wesentlichen Einfluss haben auch die Orientierung des Raumes und die Größe der Fenster. Eine außenliegende Verschattung, insbesondere in Kombination mit Nachtlüftung über geöffnete Fenster, ist aber eine wirksame Maßnahme, um bei größeren und ungünstiger gelegenen Fenstern gegenzusteuern.
Während die Speichermasse des Raumes zumindest eine moderate Wirkung auf das sommerliche Verhalten des Raumes hat, hat die Dicke der Wärmedämmung kaum Einfluss in dieser Hinsicht.
Höhere Außentemperaturen spiegeln sich linear im Temperaturverhalten des Raumes wider; höhere Außentemperaturen führen unmittelbar zu höheren operativen Raumtemperaturen.
Aber was macht man nun, wenn die sinnvollen baulichen Maßnahmen ausgeschöpft sind und trotzdem Sommertauglichkeit nicht erreicht werden kann? Bzw. wenn man auch an Tagen, die höhere Temperaturen aufweisen als der Tag, der der Rechnung gemäß Norm zugrundeliegt, ein angenehmes sommerliches Innenraumklima erreichen will?
Grundsätzlich sollen in Österreich Wohngebäude ohne aktive Kühlung auskommen. Angesichts der offenkundigen Klimaveränderung ist die Frage, ob dies noch zeitgemäß ist. Gemeint ist damit natürlich kein Aufruf, von der aktuellen Bauordnung abzuweichen, sondern in Grenzfällen zumindest die Leerrohre für eine Nachrüstung einer aktiven Klimaanlage vorzusehen. Diese kann auch über eine entsprechende Wand-, Fußbodenheizung oder Bauteilaktivierung oder auch als Luftkühlung erfolgen. Wir dürften hier in Österreich aufgrund der Energieschleuder "Klimaanlage" noch Berührungsängste haben.
Von Vertretern des Passivhausinstitutes in Deutschland wird der Einsatz geringfügiger Kühlung durchaus zugelassen und als sinnvoll erachtet, wie ja auch im Winter bei einem Passivhaus der Einsatz geringfügiger Heizung energetisch fast nicht ins Gewicht fällt. Das Prinzip lautet für den Sommer wie auch den Winter: maximale Behaglichkeit bei minimalem Energieeinsatz. Überdies ist gerade im Sommer der entsprechende Strom immer leichter über erneuerbare Energien, nämlich über photovoltaischen Strom herzustellen.
Hilfreiche Quellen
- Christof Riccabona und Thomas Bednar. Baukonstruktionslehre 4 - Bauphysik. 9. Aufl. Manz, 2013. Kurzbeschreibung: Ein Lehrbuch zur Bauphysik, das sicher allen HTL-LehrerInnen bekannt ist, wurde es doch vorwiegend für den Unterricht an HTLs entworfen. Das Excel-Berechnungstool zur Sommertauglichkeit ist auf der CD dieses Lehrbuchs zu finden (die dazu gehörenden Erläuterungen befinden sich in der Ausgabe des Lehrbuchs aus dem Jahr 2013 auf den Seiten 74 und 75).