5.4 Anwendung auf das Beispielgebäude
5.4.1 Randbedingungen
Die Randbedingungen der Berechnung leiten sich weitgehend aus dem Gebäudemodell der Simulationsrechnungen aus Abschnitt 4 ab, wobei die in Abschnitt 5.1.1 beschriebenen Änderungen berücksichtigt sind. Abweichungen davon werden vereinzelt getroffen, zum einen um die Randbedingungen der DIN 4701 und anderer Normen zu erfüllen. Zum anderen soll über die Definition der Randbedingungen eine Hierarchie im Ergebnis sichergestellt werden und zwar dahingehend, dass die Anforderungen an Umax mit zunehmender Genauigkeit bei der Berechnung immer geringer ausfallen. Bei der ersten Abschätzung werden somit tendenziell konservative Annahmen getroffen.
Differenz Umgebungs- und Raumtemperatur
Für die Ermittlung der Gebäudeheizlast ist die Differenz zwischen Raum- und Außentemperatur erforderlich. Da bei den Berechnungen Auslegungsbedingungen angenommen werden, wird als Raumtemperatur die in der DIN 4701 definierte Norminnentemperatur herangezogen.
Bei dieser Größe handelt es sich um eine empfundene Temperatur, die neben der Lufttemperatur auch die Oberflächentemperatur mit berücksichtigt. Geringe Oberflächen-temperaturen aufgrund eines schlechten Wärmeschutzes werden in der DIN 4701 durch entsprechende Korrekturfaktoren berücksichtigt. Bei den hier betrachteten hoch wärme-gedämmten Gebäuden ist keine Außenflächenkorrektur erforderlich. Die Differenz zwischen Oberflächen- und Lufttemperatur ist gering, wodurch sich vergleichsweise hohe empfundene Temperaturen ergeben.
Für die hier betrachteten Büro- und Verwaltungsgebäude liegen die Norminnentemperaturen zwischen 20°C für Büro, Ausstellungsräume und Haupttreppen sowie 15°C für Flur, WC und Lager.
In den Zeiträumen ohne Beheizung wird die Raumtemperatur absinken. Die Endtemperatur ist abhängig vom gesamten Wärmeleitwert des Gebäudes Hges (Transmission+Lüftung), der wirksamen Speicherkapazität C, der Temperaturdifferenz innen und außen DTU und der Auskühlzeit tAK (siehe Anhang A-12.1). Da die Berechnung des Auskühlverhaltens umfangreich ist, wird für die Ermittlung von Umax vereinfachend die Norminnentemperatur der Hauptnutzflächen als Raumtemperatur für die gesamte Woche angesetzt, was einer konservativen Annahme entspricht:
TR = °20 C .
Standort Frankfurt bzw. Würzburg mit einer Normaußentemperatur von TA = -12°C gewählt wird:
TA =TDIN4701+4K = - ° +12 C 4K = - °8 C . Die Temperaturdifferenz DTUberechnet sich über Gl. 5-33 zu
DTU =TA -TR = - ° - ° = -8 C 20 C 28K.
maximale Zulufttemperaturdifferenz
Um Staubverschwelung im Nachheizregister und die damit einhergehende Geruchsbelästigung zu vermeiden, sollte die Luft im Zuluftheizregister auf maximal 55 bis 60 °C erwärmt werden.
Für die Berechnung wird angenommen, dass die Zuluft mit TZu,max = 50°C
in die beheizte Gebäudehülle eintritt. Die Differenz zu 55°C trägt Wärmeverlusten im kalten Bereich (Keller) Rechnung. Wärmeverluste im „warmen Bereich“ werden bei dieser gebäude-bezogenen Betrachtung als dem Gebäude zugeführte Heizleistung gewertet.
Die maximale Zulufttemperaturdifferenz ergibt sich damit nach Gl. 5-23 zu DTZu =TZu,max-TR = ° - ° =50 C 20 C 30K.
Betriebszeitfaktor der Lüftungsanlage
Der Betriebszeitfaktor der Lüftungsanlage berechnet sich nach Gl. 5-28. Als wöchentliche Nutzungszeit wird der Standardwert von [SIA 380/4] und [LEE 1995] gewählt. Hier wird von einer täglichen Nutzungszeit von 11 Stunden und fünf Werktagen pro Woche ausgegangen:
t h
d d w
h
Nutz =11 ×5 =55w.
Die Anzahl der Stunden pro Woche belaufen sich auf
t d
w h d
h
Woche =7 ×24 =168w.
Die Spülzeit beträgt entsprechend den Abschätzungen im Anhang A-10
· Spülphase nach einer Nachtabschaltung tNA 4 h
· Spülphase nach einer Wochenendabschaltung tWA 5 h .
Unter folgenden Annahmen
· Anzahl der Wochentage, vor denen eine Nachtabsenkung
vorgenommen wird nNA 4 Tage
· Anzahl der Wochentage, vor denen eine
Wochenendabsenkung vorgenommen wird nWA 1 Tag berechnet sich die wöchentliche Spülzeit zu
tSpül =4 4 5 1 21h× + h× = h.
Der Betriebszeitfaktor der Lüftungsanlage beträgt somit
k = +
=
55 21
168
0 45 h
w
h h w
w
, .
Luftwechsel über Undichtheiten
Der Luftwechsel über Undichtheiten der Gebäudehülle ist von der Menge und der Verteilung der Undichtheiten im Gebäude abhängig. Er ist entsprechend nur schwer quantitativ zu erfassen. In der EN 832 ist eine Gleichung angegeben, über die der mittlere Luftwechsel während der Heizzeit in Abhängigkeit vom Drucktestergebnis (n50 -Wert), der Abschirmung durch die Umgebung und der Anzahl der windexponierten Fassaden abgeschätzt werden kann.
Unter folgenden Annahmen
· Drucktestergebnis: n50 = 0,5 h-1
· keine Abschirmung
· mehr als eine windexponierte Fassade berechnet sich ein mittlerer Wert für die Heizzeit von
nFugen,EN832 = 0,05 h-1.
Der thermische Auftrieb bezieht sich bei diesem Ansatz auf eine mittlere Außentemperatur während der Heizzeit von etwa 5°C. Im vorliegenden Fall wird aber eine Kälteperiode mit einer mittleren Außentemperatur von -8°C betrachtet. Der Anstieg des Luftwechsels aufgrund der kälteren Außentemperatur wird über einen Berechnungsansatz aus [IEA 1989] abgeschätzt.
Für ein Schachttypgebäude ohne innere Widerstände ergibt sich ein zusätzlicher Wert von DnFugen,Schacht = 0,05 h-1,
für ein Geschosstypgebäude ein Wert von DnFugen,Geschoss = 0,01 h-1.
In den weiteren Berechnungen wird als konservative Annahme der Wert des Schachttyp-gebäudes angesetzt:
nFugen = nFugen, EN832 + DnFugen,Schacht = 0,1 h-1.
Es wird von einer reinen Büronutzung mit Einzelbüros ausgegangen. Als hygienischer Mindest-luftwechsel auf der Hauptnutzfläche wird der flächenbezogene Mindestwert der DIN 1946 angenommen:
h m vhyg m
² 4 ³
= .
Interne Wärmequellen
Als Wochenmittelwert des Wärmestroms durch interne Wärmequellen wird nicht der Wert des in Abschnitt 4.1.3 definierten „Passiv-Bürogebäudes“ angesetzt, da dieser eine Extremvariante insbesondere im Bereich der Computer und der Beleuchtung darstellt. Zudem ist die Wärme-abgabe von zentralen Einrichtungen wie File-Server oder Fax-Server nicht berücksichtigt. Für die folgenden Berechnungen wird ein Mittelwert zwischen dem Niedrigenergie- und dem Passiv-Bürogebäude angenommen von
& ,
int ²
q W
m BGF
=2 1 .
Verhältnis von Netto- zu Bruttovolumen
Für das Verhältnis von Netto- zu Bruttovolumen wird folgender Wert angesetzt:
y =0 78, .
Er ergibt sich aus dem Verhältnis von Netto- zu Bruttogrundfläche nach VDI 3807 Teil 1 von 0,87 und einem Konstruktionsflächenanteil im Bereich der horizontalen Bauteile (Kellerdecke, Geschossdecken, Dach) von 0,1.
Solare Einträge
Der Wärmestrom durch solare Einträge berechnet sich für das Beispielgebäude nach Gl. 5-63 mit
Fensterfläche AF 1056 m²
Brutto-Grundfläche ABGF 4890 m²
g-Wert bei senkrechtem Strahlungsdurchgang g^ 0,49 zu
& ²
² , , ( ) ,
q m ²
m K W
Sol m
BGF
= -1056 × × × - =
4890 0 35 0 49 28 1 04 .
Verhältnis von Hauptnutz- zu Brutto-Grundfläche z
Das Verhältnis von Hauptnutz- zu Brutto-Grundfläche wird entsprechend dem in der VDI 3807 Teil 1 angegebenen Mittelwert für Verwaltungsgebäude angesetzt:
z = A = A
HNF BGF
0 48, .
Brutto-Geschosshöhe
Die Brutto-Geschosshöhe beträgt, wie im Beispielgebäude angenommen HG,brutto = 3,3 m .
Dies entspricht einer lichten Raumhöhe von 3 Metern und einer Dicke der Geschossdecken von 30 cm.