[1] SENGE, Peter M.; et al.: Die notwendige Revolution - Wie Individuen und Organisationen zusammenarbeiten, um eine nachhaltige Welt zu schaffen. Carl-Auer Verlag, Heidelberg, 2011
[2] GSTOEHL, Daniel; et al.: Fluidized glass facade elements for an active energy transmission, World Engineers' Convention, Geneva, 2011
[3] HAUSLADEN, Gerhard; TICHELMANN, Karsten: Ausbau Atlas. Birkhäuser Verlag, Basel [u.a.], 2009
[4] http://www.skyper-frankfurt.de/headerBilder/head_hochhaus.jpg; Zugriff am 5.2.2013 [5] http://www.warema.de/FACHPARTNER/ARCHITEKTENNETZ/OPTISYSTEM/_
dokumente/System8/Sonnenschutzverglasung.pdf; Zugriff am 5.2.2013
[6] HELLWIG, Tabea Runa; et al.: Kriterien des nachhalteigen Bauens: Bewertung des thermischen Raumklimas – ein Diskussionsbeitrag. In Bauphysik 30 (2008), Heft 3 [7] HERZOG, Thomas; et al.: Fassaden Atlas. Birkhäuser Verlag, Basel [u.a.], 2004
[8] FRANK, W: Raumklima und Thermische Behaglichkeit. In Berichte aus der Bauforschung (1975), Heft 104
[9] DIN EN15251:2007-08: Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik
[10] VDI 6011:2002-01: Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung – Grundlagen
[11] DIN EN12464-1:2003-03: Licht und Beleuchtung: Beleuchtung von Arbeitsstätten - Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen
[12] DUFFIE, John A.;BECKMAN, William A.: Solar Engineering of Thermal Processes.John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2006
[13] ROSEMANN, Alexander: Lichttechnik / -gestaltung. Vorlesungsskript Naturwiss.-techn.
Grundlagen der Architektur III, Fachgebiet Lichttechnik, TU Berlin, 2002
[14] HOFMANN, H: Tageslicht. Vorlesungsskript, FG Entwerfen und Gebäudetechnologie, TU Darmstadt, 2009
[15] VDI 6020: 2001-1: Anforderungen an Rechenverfahren zur Gebäude- und Anlagensimulation Gebäudesimulation
[16] http://www.stmwivt.bayern.de/fileadmin/user_upload/stmwivt/Themen/
Energie_und_Rohstoffe/Dokumente_und_Cover/Merkblatt_17.pdf; Zugriff am 5.2.2013 [17] HEGGER, Manfred: Energie Atlas - nachhaltige Architektur. Inst. für Internat.
Architektur-Dok., München, 2007
[18] Beck, Hans: Experimentelle Untersuchung, Modellierung und Validierung einer
Energiebilanz bei fluiddurchströmten Glasfassadenelementen, Bachelorarbeit, TU München, 2011
[19] http://www.caosystems.com/ee/download/Zent-Frenger-DieKuehldecke.pdf; Zugriff am 5.2.2013
[20] LAASCH, Thomas; LAASCH, Erhard: Haustechnik Grundlagen-Planung-Ausführung.
Teubner Verlag, Wiesbaden, 2005
[21] HAUSER, Gerd et al.: Energiebilanzierung von Gebäuden. Karl Krämer Verlag, Stuttgart/Zürich, 1998
[22] http://www.energie-m.de/info/luftdichtheit.html; Zugriff am 5.2.2013
[23] http://www.passivhausprojekte.de/projekte.php?detail=1905&keyword=hochhaus; Zugriff am 5.2.2013
[24] LANGEHEINECKE, Klaus: Thermodynamik für Ingenieure. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden, 2011
[25] DIETZEL, Fritz; WAGNER, Walter: Technische Wärmelehre. Vogel Buchverlag, Würzburg, 2001
[26] http://www.zehnder-systems.de/index.php?pageID=news_rhc&news:newsID=140;
Zugriff am 5.2.2013
[27] http://www.caosystems.com/ee/download/Zent-Frenger-DieKuehldecke.pdf; Zugriff am 5.2.2013
[28] REBHAN, Eckhard (Hrsg.): Energiehandbuch - Gewinnung, Wandlung und Nutzung von Energie. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2002
[29] http://www.iwu.de/fileadmin/user_upload/dateien/energie/klima_altbau/
Gebaeudetypologie_Deutschland.pdf; Zugriff am 5.2.2013
[30] http://www.haustechnikdialog.de/shkwissen/432/Heizgrenze; Zugriff am 5.2.2013 [31] HAYNER, Michael, et al.: Faustformel Gebäudetechnik für Architekten. Deutsche Verlags-Anstalt, München, 2011
[32] http://www.schweizer-fn.de/pumpe/leistung/leistung.php; Zugriff am 5.2.2013
[33] http://files.messe.de/cmsdb/D/001/23088.pdf; Zugriff am 5.2.2013
[34] HAUSLADEN, Gerhard; et al.: Klimagerecht Bauen - Ein Handbuch. Birkhäuser Verlag, Berlin, 2012
[35] http://www.toshiba-klima.de/images/technik_klimaanlage.jpg; Zugriff am 5.2.2013 [36] GARZIA, Federico. Modeling and simulation of fluidized glazing elements in office buildings. Masterarbeit, TU München, 2012
[37] http://www.dwd.de/TRY; Zugriff am 5.2.2013
[38] http://www.new-learn.info/packages/euleb/de/glossary/index6.html; Zugriff am 5.2.2013 [39] http://de.saint-gobain-glass.com/b2b/default.asp?nav1=pr&nav2=details&nav3=
Vision&nav4=8407; Zugriff am 5.2.2013
[40] http://de.saint-gobain-glass.com/b2c/default.asp?nav1=pr&nav2=single%20pane&
id=24861; Zugriff am 5.2.2013
11 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Vollglasgebäude ... 6
Abbildung 2: Funktionsweise Fluidglas zur Kühlperiode (links) und Heizperiode (rechts) ... 6
Abbildung 3: Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad des halladaptierten Auges ...11
Abbildung 4: Einfluss von Streuung und Absorption auf das terrestrische solare Spektrum ..13
Abbildung 5: Einfluss der Lauflänge der solaren Strahlung durch die Erdatmosphäre auf das solare Spektrum (Air Mass) ...14
Abbildung 6: Umrechnungskoeffizienten für eine senkrechte Fläche, TRY, München, Westausrichtung, 15 Uhr ...15
Abbildung 7: Simulationsraum, rot: Nutzfläche ...16
Abbildung 8: exemplarische Helligkeitsverteilung im Raum, dargestellt als Falschfarbenverlauf; Messpunkt Innenseite: Roter Punkt ...17
Abbildung 9: Einstrahlungen auf eine senkrechte Fläche am 21.07.TRY in München ...18
Abbildung 10: Temperatur- und Einstrahlungsverläufe auf eine senkrechte Fläche mit Westausrichtung; Standorte: München (48° 09´ N; 11° 35´ O) und Dubai (25° 14´ N; 55° 17´ O) ...19
Abbildung 11: Energiebilanz-Schaubild: Büroraum mit SSV und optionaler Kühldecke ...22
Abbildung 12: Energiebilanz-Schaubild: Büroraum mit Fluidglas ...23
Abbildung 13: Aufbau und Indizierung Fluidglas ...25
Abbildung 14: Raumtemperaturverlauf München 21.07. TRY ...26
Abbildung 15: Raumtemperaturverlauf Dubai 23.07. TRY ...27
Abbildung 16: Summenhäufigkeit des Taupunktes oberhalb eines Wertes bei 12-h-Betrieb ...28
Abbildung 17: Solare Gewinne bezogen auf die Fensterfläche, Westausrichtung, 21.07, TRY München ...30
Abbildung 18: zusätzlicher Kühlbedarf bezogen auf die Raumfläche, Westausrichtung, 21.07., TRY München ...31
Abbildung 19: Kühlleistung der Kühleinrichtungen (Fluidglas/Kühldecke), bezogen auf die Raumfläche, 21.07., München, TRY ...32
Abbildung 20: Energiebilanz; SSV; München, 21.07. TRY ...33
Abbildung 21: Energiebilanz, SSV + Kühldecke, 21.07. TRY ...34
Abbildung 22: Energiebilanz, klar, München, 21.07. TRY ...35
Abbildung 23: Energiebilanz, eingefärbt, München, 21.07. TRY ...35
Abbildung 24: Wärmeübertragung ...36
Abbildung 25: Wärmeströme bezogen auf die Fensterfläche, klar, München, 21.07. TRY ....37
Abbildung 26: Wärmeströme bezogen auf die Fensterfläche, eingefärbt, München, 21.07. TRY ...38
Abbildung 27: Kumulierte Wärmeströme über den Tag, München, 21.07. TRY ...38
Abbildung 28: Solare Gewinne bezogen auf die Fensterfläche, Westausrichtung, 23.07., TRY Dubai ...39
Abbildung 29: Zusätzlicher Kühlbedarf bezogen auf die Raumfläche, Westausrichtung, 23.07. TRY Dubai ...40
Abbildung 30: Wärmedurchgang SSV bezogen auf die Fensterfläche; Dubai und München im Vergleich ...41
Abbildung 31: Wärmeströme, klar, Dubai, 23.07. TRY ...41
Abbildung 32: Wärmeströme, eingefärbt, Dubai, 23.07. TRY ...42
Abbildung 33: Kollektorwirkungsgradkennlinie Fluidglas ...43
Abbildung 34: Kollektorwirkungsgradkennlinien konventioneller Solarkollektore mit Fluidglas-Kennlinie (rot) ...44
Abbildung 35: Temperaturverläufe der Fluidschichten, 21.07. München TRY ...46
Abbildung 36: Kühldecke, Zehnder GmbH ...47
Abbildung 37: Temperaturverläufe Fluidschichten und Kühldecke; München 21.07. ...47
Abbildung 38: Beleuchtungsbedarf in Abhängigkeit zum visuellen Transmissionskoeffizienten ...54
Abbildung 39: Jahresenergiebilanz München, Nord-Ost, komplett ...57
Abbildung 40: Jahresenergiebilanz München, Nord-Ost, Ausschnitt ...58
Abbildung 41: Jahresenergiebilanz München, Süd-West, Zirkulation der äußeren Fluidschicht bei 40°C, komplett ...59
Abbildung 42: Jahresenergiebilanz München, Süd-West, Ausschnitt ...61
Abbildung 43: Jahresenergiebilanz Dubai, Süd-West, Zirkulation der äußeren Fluidschicht bei 40°C, komplett ...62
Abbildung 44: Jahresenergiebilanz Dubai, Süd-West, Zirkulation der äußeren Fluidschicht bei 40°C, Ausschnitt ...64
Abbildung 45: Kollektorgewinne und Betriebsstunden des Kollektors für unterschiedliche Temperaturniveaus bezogen auf die Fensterfläche; Dubai; Süd-West-Ausrichtung ...64
Abbildung 46: Funktionsweise einer Klimaanlage ...70
Abbildung 47: visuelle Transmissionskoeffizenten Diamant- und Planilux-Fluidglas ...73
Abbildung 48: solare Transmissionskoeffizenten Diamant- und Planilux-Fluidglas ...73
Abbildung 49: Jahresenergiebilanz Diamant-Fluidglas München, Süd-West, Ausschnitt ...75
Abbildung 50: Jahresenergiebilanz Fluidglas eingefärbt München, Süd-West-Ausrichtung ..75
Abbildung 51: Absorptionskoeffizienten der äußeren Fluidschichten Planilux- und Diamant-Fluidglas ...76
Abbildung 52: Spektrales Absorptions- und Transmissionsverhalten der äußeren
Fluidschicht bei 1,088g/l Basacid® Black X40 Farbstoff ...77
12 Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Erwartungen an das Raumklima ... 9
Tabelle 2: Temperaturbereiche nach Gebäude- bzw. Raumtyp ... 9
Tabelle 3: Definition Strahlungsphysikalische und lichttechnische Größen ...11
Tabelle 4: Analogie strahlungsphysikalischer und lichttechnischer Größen ...12
Tabelle 5: Beispiel für Bestrahlungsstärke und Beleuchtungsstärke ...15
Tabelle 6: Fluidglas- und Benchmarkszenarien Tagesverlauf ...20
Tabelle 7: Einfärbungsstufen des EES-Modells ...24
Tabelle 8: Festgelegte Raumtemperatur-Richtlinien ...26
Tabelle 9: Energieformen der bilanzierten Energiebedarfe/-gewinne; Zuordnung nach Rebhan ...49
Tabelle 10: Verglasungsszenarien...50
Tabelle 11: Festgelegte Heiz- und Kühlrichtlinie ...52
Tabelle 12: Visuelle Transmissionskoeffizienten und Beleuchtungsstunden ...54
Tabelle 13: Volumenströme der Fluidschichten in l/min ...55
Tabelle 14: Jahresenergiebilanz München, Nord-Ost ...57
Tabelle 15: Jahresenergiebilanz München, Süd-West, Raumflächenbezogen ...60
Tabelle 16: Jahresenergiebilanz Dubai, Süd-West, Zirkulation der äußeren Fluidschicht bei 40°C ...62
Tabelle 17: Berechnungsergebnisse und Literaturwerte zur Validierung ...66
Tabelle 18: Gleichgewichtstemperaturen Geschoss-interne Kühlung ...69
Tabelle 19: Wärmeübergangskoeffizienten der verschiedenen EES-Versionen ...74
13 Abkürzungsverzeichnis
: (beliebige) Strahlungsphysikalische Größe [-]
: (beliebige) photometrische Größe [-]
: Strahlungsfluss [W]
: Bestrahlungsstärke [W/m²]
: Beleuchtungsstärke [lx]
: Wärmedurchgangskoeffizient bezogen auf die Verglasung (ohne Berücksichtigung der Rahmung) [W/m²K]
: Energiedurchlassgrad. Beinhaltet Eintrag durch Transmission und Sekundärstrahlung. [-]
: visueller Transmissionskoeffizient [-]
: solarer Transmissionskoeffizient [-]
: spezifischer Wärmefluss [W/m²]
: Temperatur [°C]
: Umgebungstemperatur [°C]
: Luftwechsel [m³/(m²h)]
Luftwechselrate bei 50 Pascal Überdruck [1/h]
: Volumen [m³]
: Dichte [kg/m³]
: spezifische Wärmekapazität [J/(kg K)]
̇: Wärmestrom [W]
̇: Enthalpiestrom [W]
̇: Massenstrom [kg/s]
: spezifische Enthalpie [J/kg]
: Wirkungsgrad [-]
: Kollektorfläche [m²]
: Einstrahlung [W/m²]
: Leistungsziffer Kältemaschine [-]
: Verdichterarbeit [J/kg]
: Erdbeschleunigung [N/kg]
: Volumenstrom [m³/s]
: Anlagenförderhöhe [m]
14 Anhang
Elektronischer Anhang: Siehe beiliegende CD EES-Modell Version 21:
"Projekt: Fluidglas Titel: Energiemodell
Bearbeiter: Jochen Stopper, Stefan Bertsch, Daniel Gstoehl, Hans Beck, Felix Böing
Kommentar: Fünfscheibenverglasung, Planilux, Wasser, Planiltherm One, Krypton, Planilux, Krypton, Planitherm One, Wasser, Planilux (Low-E Beschichtung zu Krypton)
Erstellt am: 14.09.08
Temperatur Fluid 1 T_234 --> wird gleichgesetzt mit den Temperaturen der Scheiben 2 und 4 Temperatur Fluid 2 T_8910 --> wird gleichgesetzt mit den Temperaturen der Scheiben 7 und 9 Temperatur Innenraum T_11
Absorbtivität des Aufbaus 234 (A_234), der Scheibe 6 (A_6) und des Aufbaus 8910 (A_8910) Einfärbung innen/außen
Unterschied der Glastemperatur zum Aufbau (T_subglasout) Winkel der Einstrahlung"
TVIS[1..8]=[0,505;0,391;0,240;0,093;0,040;0,005;0,00005;0,000]
{delta_}x_2 = 0,006 [m] "Glas 1 aussen, Schicht 2"
{delta_}x_3 = 0,002 [m] "SZR 1 aussen, Fluid1"
{delta_}x_4 = 0,006 [m] "Glas 2 mitte-aussen, Schicht 4 "
{delta_}x_5 = 0,016 [m] "SZR 2 mitte, Isolierglaseinheit"
{delta_}x_6 = 0,006 [m] "Glas 3 mitte, Schicht 5 "
{delta_}x_7 = 0,016 [m] "SZR 3 mitte, Isolierglaseinheit"
{delta_}x_8 = 0,006 [m] "Glas 4 mitte innen, Schicht 8"
{delta_}x_9 = 0,002 [m] "SZR 4 innen, Fluid"
{delta_}x_10 = 0,006 [m] "Glas 5 innen"
h_glas =1,2[m]
b_glas = 0,92[m]
h_Fassade = 0,51 [m]
CALL COLOR(conc_no:Concentration;T_sol;R_sol;A_234;A_8910;A_6;T_vis;R_vis)
"Absorption"
q_234 = A_234*q_sol_eff " Absorbierte Energie im Fluidaufbau 1 (Schichten 234)"
q_6 = A_6 * q_sol_eff
q_8910 =A_8910*q_sol_eff "Absorbierte Energie im Fluidaufbau 2 (Schichten 678)"
"Winkelabhängigkeit - Verschattung"
q_sol_eff = q_sol
"Wärmeübergangskoeffizienten"
alpha_Wasser = 1242 [W/m2-K] "Berechnung aus Formel für Kanalströmung"
"Berechnung der freien Konvektion"
lambda_Wasser = 0,598 [W/m*K]
T_1 = converttemp(C;K;T_1_C)
T_3 = converttemp(C;K;T_3_C) "Temperaturen in Kelvin"
T_6 = converttemp(C;K;T_6_C) T_9 = converttemp(C;K;T_9_C) T_11 = converttemp(C;K;T_11_C)
Pr = 0,7 "Stoffwerte aus Formelsammlung"
fPr=0,765
ny_Luft=0,00001568 [m²/s]
"Grashof" Gr_a = (9,81*Abs(T_3-T_1)*(h_glas^3)) / ((ny_Luft^2)*T_1) "Wärmeübergang außen"
"Rayleigh" Ra_a=Gr_a*Pr
{"Nusselt" Nu_a = 0,15*(fPr^(4/3)) *Ra_a^(1/3) alpha_a = Nu_a*lambda_Luft/ h_glas}
alpha_a = 23 [W/m2-K]
{Gr_i = (9,81*(Abs(T_11-T_9))*(h_glas^3)) / ((ny_Luft^2)*T_11) "Wärmeübergang innen"
Ra_i=Gr_i*Pr
Nu_i = 0,15*(fPr^(4/3)) *Ra_i^(1/3) alpha_i = Nu_i*lambda_Luft / h_glas}
alpha_i = 8 [W/m2-K]
Pr_Kr = 0,654 "Stoffwerte aus Formelsammlung"
fPr_Kr = 0,758
ny_Kr = 0,0000072[m²/s]
lambda_Kr = 0,00926 [W/m*K]
T_5 = (T_6+T_3)/2 "s.o."
Gr_SZW1=(9,81*Abs(T_3 - T_6)*(x_5^3)) / ((ny_Kr^2)*T_5) "WÜ Scheibenzwischenraum"
Ra_SZW1 = Gr_SZW1*Pr_Kr
R_th_7 = {delta_}x_7/lambda_7
R_th_v3n1 = R_th_GZ1"+R_th_2 + 0,5 * (0 +R_th_GZ3)" "Widerstand von 1 nach 3 (Mitte)"
R_th_v3n6 = 0,5 * (0 +R_th_GZ3) + R_th_4 + R_th_GZ5 + 0,5* R_th_6 "Widerstand von 3 (Mitte) nach 6 (Mitte)"
R_th_v6n9 = 0,5 * R_th_6 + R_th_GZ7 + R_th_8 + 0,5 * (R_th_GZ9 + 0) "Widerstand von 6 (Mitte) nach 9 (Mitte)"
q_6 + q_conv_v3n6 + q_rad_v3n6 = q_conv_v6n9 + q_rad_v6n9 h_9 = q_conv_v6n9 + q_11n9 + q_rad_v6n9 + q_8910
q_3n1 = q_conv_v3n1 "+ q_rad_v3n1"
U_v4n8 = (1/23 + R_th_4 +1/(1/R_th_GZ5 + ((1/(1/emis_GZ4+1/emis_GZ6 -1))*sigma*4*T_5^3) )+
R_th_6 + 1/(1/R_th_GZ7 + ((1/(1/emis_GZ6+1/emis_GZ8 -1))*sigma*4*T_7^3)) + R_th_8 + 1/8 )^(-1) U_v1n11 = (1/23 + R_th_2+ R_th_3 +R_th_4 +1/(1/R_th_GZ5 + ((1/(1/emis_GZ4+1/emis_GZ6 1))*sigma*4*T_5^3) )+ R_th_6 + 1/(1/R_th_GZ7 + ((1/(1/emis_GZ6+1/emis_GZ8
-"U-Wert Modell Kontrolle"
R_th_rad_31=(T_3-T_1)/q_rad_v3n1 R_th_rad_36=(T_3-T_6)/q_rad_v3n6 R_th_rad_69=(T_6-T_9)/q_rad_v6n9
R_th_rad_119=(T_11-T_9)/q_rad_v11n9
Lehrstuhl für energieeffizientes und nachhaltiges Planen und Bauen
Selbständigkeitserklärung
Ich versichere hiermit, die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine anderen Quellen und Hilfsmittel benutzt zu haben. Die Arbeit wurde noch nicht anderweitig für Prüfungszwecke vorgelegt.
München, den 6. März 2013
………