Experimentelle und rechnerische Untersuchungen zur Kühlung dezentral belüfteter Gebäude mittels Nachtlüftung unter Berücksichtigung mikroklimatischer [...] / vorgelegt von Tjado Voß. Wuppertal, 2016
Inhalt
- 1 Einführung
- 1.1 Mikroklimatische Einflüsse auf sommerliche Raumtemperaturen
- 2 Anforderungen an passiv gekühlte Gebäude
- 2.1 Normative Anforderungen
- 2.2 Grenzen der Kühlung mittels Nachtlüftung
- 2.3 Entwicklung eines Werkzeugs zur Abschätzung der Realisierbarkeit von passiven Kühlkonzepten in der Vorplanungsplanungsphase
- 3 Messtechnische Untersuchungen von Einflüssen auf die Zulufttemperaturen bei dezentraler Lüftung
- 3.1 Zielsetzung
- 3.2 Vorgehen
- 3.3 Stand der Forschung
- 3.3.1 Lage
- 3.3.2 Fassade
- 3.3.3 Außenluftansaugung & Fassadendurchführung
- 3.3.4 Vor- und Nachteile dezentraler Lüftungstechnik
- 3.4 Messkonzept
- 3.5 Feldmessungen
- 3.5.1 Messtechnik
- 3.5.2 Messobjekte (Gebäudeportraits)
- 3.5.2.1 Athmer, Bürogebäude, Arnsberg
- 3.5.2.2 Haspel, Universitätsgebäude, Wuppertal
- 3.5.2.3 APO23, Geschäftshaus, Neheim
- 3.5.2.4 TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim
- 3.5.2.5 REB, Bürogebäude, Remscheid
- 3.5.2.6 KfW-Bank, Bürogebäude, Frankfurt a.M.
- 3.5.2.7 SIC, Mehrzweckgebäude, Freiburg
- 3.5.2.8 Imtech, Bürogebäude, Hamburg
- 3.5.3 Typologie der Mess-Objekte
- 3.5.4 Durchführung der Messungen (Objektdetails)
- 3.5.4.1 Athmer, Bürogebäude, Arnsberg
- 3.5.4.2 Haspel, Universitätsgebäude, Wuppertal
- 3.5.4.3 APO23, Geschäftshaus, Neheim
- 3.5.4.4 TRI-Haus, Geschäftshaus, Neheim
- 3.5.4.5 REB, Bürogebäude, Remscheid
- 3.5.4.6 KfW-Bank, Bürogebäude, Frankfurt a.M.
- 3.5.4.7 SIC, Mehrzweckgebäude, Freiburg
- 3.5.4.8 Imtech, Bürogebäude, Hamburg
- 3.5.5 Typologie der Messungen
- 3.5.6 Darstellung und Analyse der Messergebnisse
- 3.5.7 Zusammenfassung
- 3.6 Experimentelle Untersuchungen an einem Messraum
- 3.6.1 Konstruktion und Ausstattung
- 3.6.2 Messtechnik
- 3.6.3 Anlagensteuerung
- 3.6.4 Mess-Konfigurationen (und Messbedingungen)
- 3.6.5 Typologie der Messkonfigurationen
- 3.6.6 Darstellung und Analyse der Messergebnisse
- 3.6.7 Zusammenfassung
- 3.7 Erkenntnisse aus den messtechnischen Untersuchungen
- 4 Analyse baukonstruktiver und (mikro-) klimatischer Einflüsse mittels thermischer Gebäudesimulation
- 4.1 Zielsetzung und Vorgehen
- 4.2 Funktionsweise von thermischen Gebäudesimulationen
- 4.3 Simulations-Modell „BTGA-Box“
- 4.3.1 Konstruktion und Bauteile
- 4.3.2 Berechnung der Wärmeübergangskoeffizienten
- 4.3.3 Berechnung von Ansaug- und Zulufttemperaturen
- 4.3.3.1 Ansaugtemperatur im Taglüftungsbetrieb
- 4.3.3.2 Ansaugtemperatur im Nachtlüftungsbetrieb
- 4.3.3.3 Zulufttemperatur am Auslass des Lüftungselementes
- 4.3.4 Strahlungsverteilung
- 4.3.5 Anlagensteuerung
- 4.3.6 Validierung
- 4.4 Standort- und Fassaden-Einflüsse
- 4.5 Stadteffekt- und Witterungseinflüsse
- 4.5.1 Klimatische Randbedingungen
- 4.5.2 Einflüsse des Stadteffekts auf das Raumklima und den Energiebedarf
- 4.5.3 Einflüsse reduzierter Windgeschwindigkeiten
- 4.6 Auswirkungen des prognostizierten Klimawandels
- 4.6.1 Klima-Prognose des Testreferenzjahrs (ohne und mit Stadteffekt)
- 4.6.2 Klima-Prognose von Meteonorm (ohne Stadteffekt)
- 4.6.3 Vergleich von Testreferenzjahr- und Meteonorm-Prognose
- 4.7 Zusammenfassung
- 5 Analysen zur Nachtlüftungseffektivität mittels CFD-Simulationen
- 5.1 Zielsetzung
- 5.2 Vorgehen
- 5.3 Funktionsweise von Strömungssimulationen
- 5.4 Modell-Entwicklung
- 5.4.1 Basis-Raummodell
- 5.4.2 Modell 1: Oberlichter als Zu- und Abströmöffnung
- 5.4.3 Modell 2: Oberlicht als Zuströmöffnung, Tür als Abströmöffnung
- 5.4.4 Modell 3: Kipp-Fenster als Zuströmöffnung, Oberlicht als Abströmöffnung
- 5.4.5 Modell 4: Lüftungselement als Zuströmöffnung, Tellerventil als Abströmöffnung
- 5.5 Simulations-Parameter
- 5.5.1 Wahl der Randbedingungen
- 5.5.2 Material- und Stoff-Parameter
- 5.5.3 Turbulenz-Modellierung
- 5.5.4 Strahlungs-Modell
- 5.5.5 Optimierung der Rechenzeiten
- 5.6 Darstellung der Simulationsergebnisse
- 5.6.1 Modell 1: Oberlichter als Zu- und Abströmöffnung
- 5.6.2 Modell 2: Oberlicht als Zuströmöffnung, Tür als Abströmöffnung
- 5.6.3 Modell 3: Kipp-Fenster als Zuströmöffnung, Oberlicht als Abströmöffnung
- 5.6.4 Modell 4: Lüftungselement als Zuströmöffnung, Tellerventil als Abströmöffnung
- 5.7 Analyse der Simulationsergebnisse
- 5.7.1 Thermisch induzierter Luftwechsel am Kippfenster
- 5.7.2 Konvektive Wärmeübergänge
- 5.7.2.1 Konvektiver Wärmeübergang an der Decke
- 5.7.2.2 Konvektiver Wärmeübergang am Boden
- 5.7.2.3 Konvektiver Wärmeübergang an der Brüstung
- 5.7.2.4 Konvektive Wärmeübergänge bei hohen Luftwechselraten
- 5.7.2.5 Konvektive Wärmeübergänge bei freier Kippfenster-Lüftung
- 5.7.3 Langwelliger Strahlungsaustausch
- 5.7.4 Entwärmung des Raumes
- 5.8 Zusammenfassung und Ausblick
- 5.9 Konvektive Wärmeübergangskoeffizienten für thermische Gebäudesimulationen
- 6 Fazit und Planungsempfehlungen
- 6.1 Standort und Mikro-Klima
- 6.2 Fassadengestaltung und Grenzschichttemperaturen
- 6.3 Gestaltung und Anordnung der Ansaugöffnungen
- 6.4 Zuluft-Zuführung
- 6.5 Nachtlüftung
- 6.6 Kapazitive Zuluftkühlung
- 6.7 Prognostizierte Klima-Erwärmung
- 6.8 Anwendungshinweise für Auslegungs-Simulationen
- 7 Literatur und Quellenverzeichnis
- 8 Anhänge
- 8.1 Validierung des TRNSYS-Modells der BTGA-Box
- 8.1.1 Zonierung
- 8.1.2 Abweichende Randbedingungen gegenüber Abs. 4.4 ff.
- 8.1.3 Vergleich simulierter und gemessener Raumtemperaturen
- 8.2 Monats-Minima, -Maxima und –Mittelwerte der in Abs. 4.4.1 dargestellten Klimadaten
- 8.3 Monats-Minima, -Maxima und –Mittelwerte der in Abs. 4.5.1 dargestellten gegenwärtigen Testreferenzjahr-Klimadaten
- 8.4 Monats-Minima, -Maxima und –Mittelwerte der in Abs. 4.6.1 dargestellten Testreferenzjahr-Klimaprognose
- 8.5 Monats-Minima, -Maxima und –Mittelwerte der in Abs. 4.6.2 dargestellten Meteonorm-Wetterdaten
- 8.6 Konstruktionsplan der PCM-Box