Vermeidung Sommerlicher Überwärmung - Vergleich Simulation mit Messung - Gesetzliche und normative Vorgaben - FH OÖ
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Vermeidung Sommerlicher Überwärmung – Vergleich Simulation mit Messung - Gesetzliche und normative Vorgaben KLIMAAKTIV-TAGUNG 2019: SOMMERLICHE ÜBERWÄRMUNG IN NACHHALTIGEN GEBÄUDEN? FH Wels, 26.11.2019 Mag. DI Robert Kernöcker Land Oberösterreich – Abteilung Umweltschutz
Amt der Oö. Landesregierung / Gruppe Bauphysik
Umweltdirektion / Abteilung Umweltschutz
Gruppe Bauphysik
(10 Mitarbeiter)
• Wärmeschutz
• Schallschutz / Raumakustik
• Raumklima
• Innenraum-Schadstoffe
• Energieausweis
• Bäder- und Sportstätten
(Haustechnik)
• .......
DI Kernöcker
Überhitzung ist ein TOP-Thema DI Kernöcker
Sommertauglichkeit von Gebäuden -
Welche Einflussgrößen gibt es?
Fenster &
innere Lasten
Sonnenschutz
Lüftung Speichermassen
Außenklima Haustechnik
4
DI Kernöcker
Kühlbedarf KB Kühlenergiebedarf KEB
KB* - beschreibt die bauliche Qualität –
nicht die Nutzung und auch nicht die Haustechnik!
Fenster &
innere Lasten
Sonnenschutz
Lüftung nur Infiltration Speichermassen
nL = 0,15 /h
Außenklima Haustechnik
5
max. zul. (minimaler)
DI Kernöcker Kühlbedarf KB* Kühlenergiebedarf KEB
Der Temperatur-Behaglichkeitsparameter ist die
Operative Raumtemperatur – was ist das ?
Operative Raumtemperatur:
Mittelwert der Raumlufttemperatur und der
Mitteltemperatur der Raumumschliessungsflächen
DI Kernöcker
OIB- RL 6 : 2015 (in Oö. BauTV verbindlich erklärt)
Pkt. 4.8 Sommerlicher Wärmeschutz (≠ Schutz vor Sommerlicher Überwärmung !)
a. vereinfachter Nachweis über
nur für Wohngebäude
Speichermassen gemäß
(wenn Tagesmittelwert < 23 °C)
ÖNORM B 8110-3 (2012)
DI Kernöcker
OIB- RL 6 : 2015 (in Oö. BauTV verbindlich erklärt)
Pkt. 4.8 Sommerlicher Wärmeschutz (≠ Schutz vor Sommerlicher Überwärmung !)
a. vereinfachter Nachweis über
nur für Wohngebäude
Speichermassen gemäß
(wenn Tagesmittelwert < 23 °C)
ÖNORM B 8110-3 (2012)
b. Simulation bzw. Berechnung
Alternative für alle Wohn- und
des Tagesverlaufs der
Nichtwohngebäude
operativen Temperatur
B 8110-3 (2012) Top < 27 °C (für alle Standorte)
DI Kernöcker
OIB- RL 6 : 2015 (in Oö. BauTV verbindlich erklärt)
Pkt. 4.8 Sommerlicher Wärmeschutz (≠ Schutz vor Sommerlicher Überwärmung !)
a. vereinfachter Nachweis über
nur für Wohngebäude
Speichermassen gemäß
(wenn Tagesmittelwert < 23 °C)
ÖNORM B 8110-3 (2012)
b. Simulation bzw. Berechnung
Alternative für alle Wohn- und
des Tagesverlaufs der
Nichtwohngebäude
operativen Temperatur
B 8110-3 (2012) Top < 27 °C (für alle Standorte)
c. Nachweis über KB* MUSS für Nicht-Wohngebäude
B 8110-6 (2014) ∗ ≤ 1,0 kWh/m3 a
DI Kernöcker
OIB- RL 6 : 2019 (in Oö. BauTV voraussichtlich 2020)
Pkt. 4.9 Sommerlicher Wärmeschutz (≠ Schutz vor Sommerlicher Überwärmung !)
a. vereinfachter Nachweis über
nur für Wohngebäude
Speichermassen gemäß
(wenn Tagesmittelwert < 23 °C)
ÖNORM B 8110-3 (2012)
b. Simulation bzw. Berechnung
des Tagesverlaufs der Wohn- und Nichtwohngebäude
operativen Temperatur im
Top < 27 -29 °C (Standortabhängig)
Raum (im eingeschwungenen Zustand)
Stand der Technik
MUSS für Nicht-Wohngebäude
∗ ≤ 1,0 kWh/m3 a
c. Nachweis über KB*
B 8110-6-1 (2018) Alternative für Wohngebäude
∗
DI Kernöcker = 0,0 kWh/m3 aWas bedeutet KB* = 0 z.B. bei einem Einfamilienhaus?
Objektbeschreibung: Einfamilienhaus A/V=0,70 BGF=181m²
DI KernöckerDI Kernöcker
Ergebnisse im Vergleich RL 6 : 2015 zu RL 6: 2019
Maßnahme KB* nach OIB RL 6 : 2015 KB* nach OIB RL 6: 2019
(kWh/m³ a) (kWh/m³ a)
Kein Sonnenschutz 1,9 5,1
DI KernöckerErgebnisse im Vergleich RL 6 : 2015 zu RL 6: 2019
Maßnahme KB* nach OIB RL 6 : 2015 KB* nach OIB RL 6: 2019
(kWh/m³ a) (kWh/m³ a)
Kein Sonnenschutz 1,9 5,1
Innenliegender Sonnenschutz 1,0 strahlungsabh. Regelung 0,6 automatische Steuerung
1,2 manuell oder zeitgesteuert 1,5 vorsorglich manuell
2,1 manuelle Bedienung
DI KernöckerErgebnisse im Vergleich RL 6 : 2015 zu RL 6: 2019
Maßnahme KB* nach OIB RL 6 : 2015 KB* nach OIB RL 6: 2019
(kWh/m³ a) (kWh/m³ a)
Kein Sonnenschutz 1,9 5,1
Innenliegender Sonnenschutz 1,0 strahlungsabh. Regelung 0,6 automatische Steuerung
1,2 manuell oder zeitgesteuert 1,5 vorsorglich manuell
2,1 manuelle Bedienung
Außenliegender Sonnenschutz 0,0 strahlungsabh. Regelung 0,0 automatische Steuerung
bei allen Fenstern 0,0 manuell oder zeitgesteuert 0,5 vorsorglich manuell
1,7 manuelle Bedienung
DI KernöckerErgebnisse im Vergleich RL 6 : 2015 zu RL 6: 2019
Maßnahme KB* nach OIB RL 6 : 2015 KB* nach OIB RL 6: 2019
(kWh/m³ a) (kWh/m³ a)
Kein Sonnenschutz 1,9 5,1
Innenliegender Sonnenschutz 1,0 strahlungsabh. Regelung 0,6 automatische Steuerung
1,2 manuell oder zeitgesteuert 1,5 vorsorglich manuell
2,1 manuelle Bedienung
Außenliegender Sonnenschutz 0,0 strahlungsabh. Regelung 0,0 automatische Steuerung
bei allen Fenstern 0,0 manuell oder zeitgesteuert 0,5 vorsorglich manuell
1,7 manuelle Bedienung
Wie vorhin, jedoch bei 0,0 strahlungsabh. Regelung 0,0 automatische Steuerung
Nordfenster kein Sonnensch. 0,0 manuell oder zeitgesteuert
Fazit:
der schnellste und effektivste Nachweis gelingt, wenn alle Fester eine außenliegende
DI Kernöcker
(automatisch gesteuerte) Verschattung bekommen. Der Nutzer dankt es !Normative Methode zur Berechnung der Operativen
Temperatur im Raum im eingeschwungenen Zustand
Schritt 1:
Berechnung der NORMSOMMER - AUSSENTEMPERATUR TNAT 13
das ist jeneTagesmitteltemperatur, die durchschnittlich an 13 Tagen pro Jahr überschritten wird
(abhängig von Seehöhe und Katastralgemeinde) (siehe ÖNORM B 8110-5)
Außentemperatur °C
TNAT 13
DI Kernöcker ZeitNormative Methode zur Berechnung der Operativen
Temperatur im Raum im eingeschwungenen Zustand
Schritt 2:
Ermittlung des Tagesverlaufs der Außentemperatur mittels der
normierten stundenweisen Tagesschwankung um den Tagesmittelwert
(-7,28° bis + 6,64°)
Außentemperatur °C
TNAT 13
DI Kernöcker ZeitNormative Methode zur Berechnung der Operativen
Temperatur im Raum im eingeschwungenen Zustand
Schritt 3:
Dieses Außenklima wird mit den Solarstrahlungs- und Sonnenstandsdaten des 15.Juli eines Jahres
festgelegt, immer wiederkehrend, Tag für Tag, bis sich das Gebäude in einen stabilen Zustand
eingeschwungen hat.
Außentemperatur °C
Außenklima – immer wiederkehrend
DI Kernöcker ZeitNormative Methode zur Berechnung der Operativen
Temperatur im Raum im eingeschwungenen Zustand
Schritt 4:
die max. operative Temperatur im Raum ist die, durch Simulation ermittelte, max. operative Temperatur
im (kritischten) Raum
Temperatur in °C Außentemperatur
40
Operative Temperatur
30
20
10
0 4 8 12 16 20 24
DI Kernöcker Zeit in StundenStandort Linz:
Reales Außenklima Norm-Methodik (TNAT,13) Teil 1
Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °C
DI KernöckerStandort Linz:
Reales Außenklima Norm-Methodik (TNAT,13) Teil 2
Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °C
DI Kernöcker Norm-Sommer (TNAT,13 ) Linz: Mittelwert 22.5 °C MAX 29.1 °C MIN 15.2 °COIB RL 6: 2019 Pkt. 4.9: Warum nunmehr standortabhängig?
....Die sommerliche Überwärmung gilt als vermieden, wenn die
operative Temperatur im Raum bei einem sich täglich periodisch
wiederholenden Außenklima mit dem standortabhängigen
Tagesmittelwert TNAT,13 den Wert von 1/3 * TNAT,13 + 21,8 °C nicht
überschreitet.
− warum standortabhängig?
− warum 1/3 ... Steigung ?
− woher die Formel?
DI KernöckerWarum Standortabhängigkeit ? – Beispiel Linz Lenzing
Außentemperatur Linz
Zeitraum: 16.05.2017 bis 14.07.2017
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 21.0 °C MAX 33.7 °C MIN 7.7 °C
DI KernöckerWarum Standortabhängigkeit ? – ein Beispiel Linz Lenzing
Linz und Lenzing
Zeitraum: 16.05.2017 bis 14.07.2017 Differenz Linz zu Lenzing:
ca. + 2°C im Tagesmittel
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 21.0 °C MAX 33.7 °C MIN 7.7 °C
Gemessene Temperatur Lenzing: Mittelwert 19.1 °C MAX 31.5 °C MIN 6.9 °C
DI KernöckerEntwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07
(in diesem Punkt ident mit ÖNORM EN 15251 : 2007)
Titel: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der
Energieeffizienz von Gebäuden Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik ― Modul
M1-61
Anhang A 1.2 Zulässige Innentemperaturen in Gebäuden ohne maschinelle Kühlanlagen
Bild A1.2-1 — Auslegungswerte der operativen Innentemperatur für Gebäude ohne maschinelle Kühlanlagen in
Abhängigkeit vom exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwert der Außentemperatur
Achtung:
θ rm ... exponentiell
gewichteter gleitender
Tagesmittelwert der
operative Temperatur
Außentemperatur
kein Stundenwert !!!
DI Kernöcker TagesmitteltemperaturEntwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07
(in diesem Punkt ident mit ÖNORM EN 15251 : 2007)
ident mit OIB RL 6 : 2019: Top ≤ 1/3 * TNAT,13 + 21,8 °C
In Bild A1.2-1 sind empfohlene operative Innentemperaturen
für Gebäude ohne maschinelle Kühlanlagen dargestellt.
Dieses alternative Verfahren gilt ausschließlich für Räume mit
nutzergeregelter freier Lüftung ohne strenge
Bekleidungsvorschriften, in denen die thermischen
Bedingungen hauptsächlich von den Nutzern durch Öffnen und
Schließen von Öffnungen in der Gebäudehülle geregelt
1 werden.
3 Die im vorliegenden Anhang angegebenen
operative Temperatur
Temperaturgrenzen (für den Sommer) beruhen hauptsächlich
auf Untersuchungen in Bürogebäuden. Aufgrund der
allgemeinen Kenntnisse in Bezug auf die thermische
Behaglichkeit und menschliche Reaktionen kann jedoch
dennoch angenommen werden, dass diese Grenzen auf
andere (vergleichbare) Gebäude zutreffen, in denen ebenfalls
nahezu ausschließlich sitzende Tätigkeiten ausgeführt werden,
wie etwa Wohngebäude. Besonders bei Wohngebäuden
sind die Möglichkeiten der (verhaltensmäßigen)
Anpassung relativ groß: Der Metabolismus (Stoffwechsel)
und die Menge der je nach herrschenden
Witterungsbedingungen und der Innentemperatur
getragenen Bekleidung können relativ frei angepasst
werden.
DI Kernöcker TagesmitteltemperaturEntwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07
Warum Kategorie II ?
DI KernöckerReales Außenklima Norm-Methodik
Tagesmittelwert gleitender Tagesmittelwert Teil 1
Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °C
DI KernöckerReales Außenklima Norm-Methodik
Tagesmittelwert gleitender Tagesmittelwert Teil 2
Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019
Gemessene Temperatur Linz: Mittelwert 22.2 °C MAX 36.2 °C MIN 8.1 °C
DI Kernöcker Norm-Sommer (TNAT,13 ) Linz: Mittelwert 22.5 °C MAX 29.1 °C MIN 15.2 °CReales Außenklima Norm-Methodik
Tagesmittelwert gleitender Tagesmittelwert Teil 3
Linz, Zeitraum: 25.06.2019 bis 15.09.2019
DI KernöckerÜbertragen auf den Entwurf ÖNORM EN 16798-1 : 2015-07
bedeutet dies für den Sommer 2019:
operative Temperatur
Tagesmitteltemperatur
DI KernöckerZusammenfassend: Unterschiede zwischen KB* - Nachweis
und Nachweis über operative Temperatur
Nachweis über Randbedingungen Bemerkung
KB* = 0 (Wohngebäude) Ermittelt über einen De facto die strengste Anforderung
Durchschnitts-Sommer – alle Fenster (außer Nord)
müssen einen außenliegenden
Berechnet für die Sonnenschutz haben
kritischste Nutzungseinheit
UND
Steuerung des Sonnenschutzes
geht in die Berechnung stark ein Der Sonnenschutz muss
(automatisch, händisch) automatisch gesteuert sein
DI KernöckerZusammenfassend: Unterschiede zwischen KB* - Nachweis
und Nachweis über operative Temperatur
Nachweis über Randbedingungen Bemerkung
KB* = 0 (Wohngebäude) Ermittelt über einen De facto die strengste Anforderung
Durchschnitts-Sommer – alle Fenster (außer Nord)
müssen einen außenliegenden
Berechnet für die Sonnenschutz haben
kritischste Nutzungseinheit
UND
Steuerung des Sonnenschutzes
geht in die Berechnung stark ein Der Sonnenschutz muss
(automatisch, händisch) automatisch gesteuert sein
KB* < 1 (Nicht-Wohngebäude) Ermittelt über einen Sommerlicher Wärmeschutz ist
Durchschnitts-Sommer gegeben
Berechnet für die ABER:
das ganze Gebäude Sommerliche Überwärmung in
allen Räumen gilt als
Steuerung des Sonnenschutzes NICHT vermieden
geht in die Berechnung stark ein
(automatisch, händisch) Löst einen Kühlbedarf aus;
Kühltechnikeinsatz hängt von
Je geringer KB* .. der Nutzung des Gebäudes ab
DI Kernöcker desto geringer ist KBZusammenfassend: Unterschiede zwischen KB* - Nachweis
und Nachweis über operative Temperatur
Nachweis über Randbedingungen Bemerkung
Top eingehalten Heißer Sommertag Sommerliche Überwärmung gilt
als vermieden
Berechnet für den (aber natürlich kann in
kritischsten Raum Abhängigkeit vom realen Klima die
Temperatur im Raum über max.
Beurteilt wird die zul. Top gemäß Norm-Methodik
wärmste Stunde im Raum steigen)
Sonnenschutz wird als immer KB* in der Regel ≠ 0;
aktiv angenommen Löst einen Kühlbedarf aus;
Kühltechnikeinsatz hängt von
der Nutzung des Gebäudes ab
DI KernöckerVergleich Simulation mit Messung
NMS Seewalchen am Attersee
Schulzentrum Vor Sanierung Nach Sanierung
Nach Sanierung
DI (FH) Berger
DI KernöckerZiele des Projektes
§ Simulationsberechnung der Raumtemperatur mit realen
Wetterdaten und Vergleich mit den Messergebnissen;
Fragestellung: können die gemessen Raumtemperaturen mit der
Simulation abgebildet werden – nicht nur in kurzen Zeitsequenzen
sondern über größere Zeiträume?
DI (FH) Berger
DI KernöckerProjektdaten
• Standort: Seewalchen am Attersee; Seehöhe: 527 m ü.A.; Baujahr: ca. 1960
• Monitoring Außenklima/Innenklima: Messung ab Frühjahr 2013, fortlaufend
• Unterrichtsraum im Erdgeschoß – Ausrichtung Südost; Raumabmessungen: 9,5 x 6,5 x 3,0 m³
• Personenanzahl: 22 Schüler, 1 Lehrperson (sowohl 2013 als auch 2015)
• Nachtlüftung: Keine (Lt. Direktion bzw. Analyse der Datenlogger)
• Keine Protokollierung der Fensteröffnungszeiten und der Zeiten, in denen die Verschattung aktiv ist.
• Belichtungsfläche (Maße Architekturlichte): ca. 25 % der Nettogrundfläche ;
Fensterband 1,94 m hoch; (Mindestvorgabe lt. OIB-RL 3:2015 wäre 14%)
• Energieträger Gas; während Untersuchungszeitraum der Simulation keine Heizung im Betrieb
• Untersuchungszeitraum der Simulation mit realen Wetterdaten: 21.Mai bis 25.Juni jeweils 2013, 2015 und 2016
• Thermische Sanierung: Sommer 2013 bis Herbst 2014
Bauteil Vor der Sanierung Nach der Sanierung
Fensterglas 2,9 W/m²K // g-wert 0,7 0,81 W/m²K // g-Wert 0,6
Verschattung Horizontal auskragende Lamellen (2m); Vorhang Jalousie - Außenliegend
Außenwand 1,1 W/m²K 0,23 W/m²K
Zwischendecke Massiv Massiv und abgehängte Akustik-Decke
DI (FH) Berger Oberste Geschoßdecke ca. 0,6 W/m²K 0,16 W/m²K
DI KernöckerStundenmittelwerte der Außentemperatur
im Zeitraum 21.05. – 25.06. 2013 und 2015
Außentemperatur-Mittelwert von 21.05. – 25.06.2013 beträgt 14,14 °C
Außentemperatur-Mittelwert von 21.05. – 25.06.2015 beträgt 15,61 °C
DI (FH) Berger
DI KernöckerParameter im Simulationsprogramm IDA ICE
wurden so realitätsnah wie möglich eingegeben
Exakte Eingabeparameter:
• Außentemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Relative Feuchte (Messstation Land Oö.)
• direkte Strahlung, diffuse Strahlung (Quelle: ZAMG)
• Geometrie, Fenster, Ausrichtung, Bauteilaufbauten (aus Planunterlagen)
• Personenanzahl (Schülerliste), Personenanwesenheit (Stundenplan: Unterrichtszeiten von 08:00 bis ca. 13:00;
nachmittags nur am Dienstag)
• keine Nachtlüftung; Lüftung nur bei Anwesenheit von Personen
Annahme (in erster Näherung):
• Luftwechsel bei Personenanwesenheit (d.h. Unterrichtszeiten, keine Nachtlüftung) – 35 m³/h/Person
(Defaultwert 8110-3)
• nach Sanierung: Verschattung aktiv von 08:00 bis 18:00 (unabhängig von direkter Sonnenstrahlung); Fc = 0,14
• Geräteabwärme entsprechend Defaultwert 8110-3
Anmerkungen zur IDA ICE Simulation:
• Keine Ganzjahressimulation!
Zeitraum von 21.05. – 25.06. mit realen Wetterdaten, davor synthetische Werte (Außentemperatur gemessen,
DI (FH) Berger
Sonneneinstrahlung angenähert)
DI KernöckerSommer 2015 (nach Sanierung)
Außentemperatur
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2015 (nach Sanierung)
Außen- und Innentemperatur
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2015 (nach Sanierung)
wie vorhin plus Simulation Innentemperatur
Fazit: sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation mit realen Wetterdaten und Messung;
nach der Einschwingphase (davor keine realen Wetterdaten) ist Abweichung sehr gering
DI (FH) Berger
DI KernöckerKritik: Gute Übereinstimmung zwischen Simulation und
Messung ist hingetrimmt: Ja / Nein?!
Kritik könnte lauten:
Die Parameter (die nicht genau bekannt sind), insbesondere Luftwechsel und
Verschattung, wurden so hingetrimmt, dass eine Übereinstimmung in dieser Qualität
zustande gekommen ist.
Verteidigung der Ergebnisse:
a) Simulation des Folgesommers 2016 mit unveränderter Parametereinstellung (ausgenommen
Wetterdaten, Personenanzahl und Personenbelegung); wenn eine ähnlich gute Übereinstimmung
zustande kommt, dann ist die Simulation kein Zufallstreffer.
b) weiterer Test: Simulation des Sommers 2013, also vor Sanierung; Verschattung an Situation
vor Sanierung angepasst (Lamellen und Vorhang), sonst detto
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)
Außentemperatur
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)
Außen- und Innentemperatur
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2016 ( 2. Sommer nach Sanierung)
wie vorhin plus Simulation Innentemperatur
Fazit: im Sommer 2016 ebenfalls sehr gute Übereinstimmung
nach der Einschwingphase Abweichung ebenfalls sehr gering
DI (FH) Berger Fazit: personenbezogener Luftwechsel und Personenabwärme gemäß
Defaultwerte der Norm als plausibel im Mittel bestätigt
DI KernöckerSommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und Innentemperatur
Simulation: ohne Verschattung, ohne Vorhang
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und Innentemperatur
Simulation: Lamellen (2m auskragend), ohne Vorhang
DI (FH) Berger
DI KernöckerSommer 2013 (vor Sanierung): Außen- und Innentemperatur
Simulation: wie vorhin jedoch mit Vorhang (08:00 – 18:00)
Fazit: Test bestanden; Reale Raumklimata lassen sich durch Simulation (auch wenn
nicht stundengenaue Inputparameter bekannt sind) relativ gut abbilden
DI (FH) Berger
DI KernöckerDI Kernöcker DANKE für Ihre Aufmerksamkeit
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