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THERMISCHER KOMFORT IN GEBÄUDEN MIT UMWELTENERGIEKONZEPTEN Jens Pfafferott, Institut für Energiesystemtechnik UPONOR 2014, St. Christoph / Arlberg


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Motivation Umfrage unter ca. 20 Ingenieurbüros Im Tagesgeschäft beschäftige ich mich mit Sanierungskonzepten (Bauphysik + TGA). immer/oft

gelegentlich

selten/nie

Sonnenschutzkonzepte gehören zu meinen Sanierungsprojekten dazu. .immer/oft

gelegentlich

selten/nie

Lüftungskonzepte gehören zu meinen Sanierungsprojekten dazu. .immer/oft

gelegentlich

selten/nie

Flächentemperiersysteme gehören zu meinen Sanierungsprojekten dazu. .immer/oft

gelegentlich

selten/nie

Ich plane BHKWs, reversible Wärmepumpen, Solarenergie und Biomasse ein. immer/oft

gelegentlich

selten/nie

Thermischer Komfort und Luftqualität sind zentrale Themen bei einer Sanierung. .immer/oft

gelegentlich

selten/nie Quelle: QUALIPASS 2007, letztmalige Aktualisierung 2013

14.04.2014

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Thermischer Komfort in Geb채uden mit Niedrigenergiek체hlung

Atemlos adlmann.at,

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Thermischer Komfort in Geb채uden mit Niedrigenergiek체hlung

worldpress.com

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Thermischer Komfort in Geb채uden mit Niedrigenergiek체hlung

onlinesheetmusic.com

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Thermischer Komfort in Geb채uden mit Niedrigenergiek체hlung

simply more

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EPBD Recast 5/2010 Article 2, Definitions: Nearly zero-energy building means a building that has a very high energy performance. [...] The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very significant extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced on-site or nearby. Article 9, Nearly-Zero Energy Buildings Member States shall ensure that: - by 31 December 2020, all new buildings are nearly zero-energy buildings - after 31 December 2018, new buildings occupied and owned by public authorities are nearly zero-energy. Member States shall draw up national plans for increasing the number of nearly zero-energy buildings. These national plans may include targets differentiated according to the category of building.  Ähnliche Initiativen auch in vielen Nicht-EU-Ländern.

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Energiekonzept der Bundesregierung und EnEV 2014

weitere Informationen: www.dena.de und www.bbsr-energieeinsparung.de 14.04.2014

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erfolgreiche Sanierungsprojekte IEA SHC Task 37

Daten: ISE, IBP, PHI, IGE 14.04.2014

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erfolgreiche Neubauprojekte IEA SHC Task 40

Quelle: Voss 2011 14.04.2014

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Wie ist ein „nnZEB“ definiert? nearly net zero energy building primary energy consumption [kWhprim/(m²NGFa)]

0

100

200

300

400

500

600

700

AC Buildings 1 Building Stock 2 Target Value 3

factor 4

BOB2006 EGU2005 GMS2007 ZUB2003 LHL2006

Primary Energy Conversion Factors [MWhend/MWhprim] electricity 3.0 | fossil fuels 1.1 | biomass 0.2 14.04.2014

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ref. C. Hoffmann 2005 1 Enerkenn 2002 | 2 Weber 1999 | 3 EnBau

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Energieflussbild IEA SHC Task 40

Quelle: Voss 2011 14.04.2014

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Wie ist ein „nnZEB“ definiert? nearly net zero energy building REHVA: Methodik Zieldefinition auf nationaler Ebene Fortschreibung der EnEV

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Energieeffizienz und thermischer Komfort Behaglichkeit − Zufriedenheit − thermisches Gleichgewicht − empfundene Raumluftqualität − Erwartung − Akzeptanz − effektive Möglichkeit zum Nutzereingriff subjektive Bewertung quantifizieren Energieeinsparung contra Behaglichkeit? 14.04.2014

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Nutzerzufriedenheit und thermischer Komfort

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Thermischer Komfort in Planung und Betrieb

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Thermischer Komfort in Planung und Betrieb

Und noch viel mehr ... 14.04.2014

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Modelle aus der Normung f端r die Bewertung des thermischen Komforts

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Thermischer Komfort und Niedrigenergiek端hlung

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ThermCo project cooling concepts in different European climate zones

LAMPARTER PFIZER

Š Fraunhofer ISE

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Night Ventilation and e2a-Heat Exchanger the LAMPARTER building

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Night Ventilation and e2a-Heat Exchanger cooling concept

free night ventilation

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earth-to-air heat exchanger

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Night Ventilation and e2a-Heat Exchanger Thermal Comfort according to EN 15251

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Night Ventilation and e2a-Heat Exchanger Holistic Building Signature HVAC Energy Efficiency Low pressure drop in e2a-Hx  53.2 kWhcool/kWhel or 17.7kWhcool/kWhprim, respectively Building Physics 3.7 kWhcool/m²a cooling energy from e2a-Hx and 5 kWhcool/m²a from free night ventilation Building Operation lean building concept, high performance HVAC components  50 kWhprim/m²a Occupants more than 94% of occupancy time in thermal comfort class II

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Projektbeispiel

Fototeam VOLLMER

Sanierung mit Heiz- und K端hldecke

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Projektbeispiel „minus 80%“ Sanierung mit Heiz- und Kühldecke − Gebäudehülle mit Passivhauskomponenten saniert − Zu- und Abluft mit Wärmerückgewinnung − Außenliegender Sonnenschutz − Reversible Wärmepumpe 80+/64- kW − 19 x 130m Erdsonden − 4.300 m² Heiz- und Kühldecke bei 6.800 m²NGF − Luftentfeuchtung im Sommer (geschlossene Fassade wg. Labor) messtechnische Begleitung: − laufende Betriebsoptimierung − JAZH=4,8 und JAZK=6,5 − therm. Komfort Klasse A (EN 15251) 14.04.2014

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Projektbeispiel „minus 80%“ Sanierung mit Heiz- und Kühldecke

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Projektbeispiel „minus 80%“ Sanierung mit Heiz- und Kühldecke

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Projektbeispiel „minus 80%“ Sanierung mit Heiz- und Kühldecke

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Projektbeispiel „minus 80%“ Sanierung mit Heiz- und Kühldecke

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Microclimate cooling concepts and urban heat-island effect

PFIZER

LAMPARTER

Š BBR, 1996

Note: Exemplary building location.

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Validation Study summer critical living situations Validation study for a summer-critical living situation in a typical residential building in the city.

2nd floor with young family household.  ideal user behavior in heavy-weight building structure

38 operative room temperature[째C]

Attic floor with passive user behavior.  extreme heat-stress in light-weight building structure

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attic floor 2nd floor

30 26 22 18 ambient air temperature

14 19.6.06 21.6.06 23.6.06 25.6.06 27.6.06 29.6.06

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1.7.06

3.7.06

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Fassadentemperaturen

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Fassadentemperaturen Messkampagnen und Auswertung

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Fassadentemperaturen Messkampagnen und Auswertung

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Bürogebäude (klimatisiert) im Stadtklima Ergebnisse aus der Modellrechnung für den Sommer Verbesserung der bauphysikalischen Eigenschaften hat (erwartungsgemäß) den höchsten Einfluss auf die Reduktion von Heiz- und Kühlenergiebedarf um 60 bzw. 40%.  Fassade, sommerlicher Wärmeschutz Infolge des Klimawandels ist mit einer Reduktion des Heizwärmebedarfs um 10 % und einer Zunahme des Kühlenergiebedarfs um 20 % zu rechnen. Der Stadtklimaeffekt hat einen starken Einfluss insbesondere auf den Kühlenergiebedarf. So wird in vielen Fällen eine Erhöhung des Kühlenergiebedarfs um mehr als 50 % gegenüber einem Standort „auf der grünen Wiese“ erwartet.  Rückkühlung von Klimaanlagen Sanierung

Klimawandel

Stadtklima

Heizenergiebedarf in kWh/m² a

-60 %

-10 %

+/- 0%

Kühlenergiebedarf in kWh/m²a

-40 %

+20 %

bis zu +50%

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Stadtklima : UHI-Effekt im Testreferenzjahr

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TRY 2011 : Klimawandel, Stadtklima, Klimaph채nomene

TRY.Reg

<- 12

TRY.Typ

<- 1

TRY.Pop <- 300000 TRY.Stadt <- 3 TRY.Hoehe <- 100

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# # # # # # # #

12=Oberrheingraben ; siehe Regionen.steuer 1=mittleres TRY, 2010 ; siehe Typ.steuer Einwohnerzahl, ab 500 Effekt 0=unbebaut || 3=Innenstadt; siehe Stadtbereich.steuer fuer TRY 12: 96m

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Zusammenfassung Energieeinsparung contra Behaglichkeit?

Nullenergiegebäude werden erfolgreich unter Marktbedingungen realisiert. Geplant – gebaut – geprüft, z.B. www.enob.info. Unterschiedliche Kühlkonzepte sind erfolgreich. Vorausgesetzt, sie werden standortspezifisch und integral geplant, richtig umgesetzt und vernünftig in Betrieb genommen. Thermische Behaglichkeit muss projektbezogen bewertet werden. Stadtklima- bzw. UHI-Effekt (städtische Wärmeinsel) in Planung und Betrieb berücksichtigen. Neue Testreferenzjahre als Planungshilfmittel.

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Conclusion Passive cooling with free night-ventilation and earth-to-air heat Danke UPONOR exchanger provides good thermal comfort with high energy efficiency. However, the practical application is strictly limited to specific und STIEBEL boundary conditions such as moderate summer climate, favorably microclimate, or small buildings with high thermal inertia. The whole building design and operation fosters the passive cooling concept. Though mechanical night-ventilation enhances the heat dissipation compared to free night-ventilation, a water-driven cooling concept is more reliable and similarly energy efficient, and will provide better thermal comfort. Ground cooling in combination with a reversible heat pump is often a better solution for warm summer climate, locations with inappropriate microclimate or other practical limitations. If thermo-active building systems are used for heat transmission to the room, these systems can be operated with high energy efficiency.

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Thermischer komfort in geb%c3%a4uden mit umweltenergiekonzepten jens pfafferott