Glossar Gebäudetechnik & Energie
Klimaanalyse
Wetter Wetter ist der physikalische Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort. Die physikalischen Grössen sind:
- Lufttemperatur
- Luftfeuchtigkeit (Taupunkt) - Luftdruck
- Luftdichte
- Windrichtung bzw. Hauptwindrichtung
- Windstärke (phänomenologisch) bzw. Windgeschwindigkeit - Niederschlagsart
- Niederschlagsmenge - Bewölkung - Sichtweite - Globalstrahlung
Klima Das Klima ist der statistisch ermittelte Zustand von Wetterdaten über einen definierten Zeit- raum. Die physikalischen Grössen entsprechen denen des Wetters. Das Klima wird über verschiedene Orte oder Regionen beschrieben. Je nach Betrachtungsumfang wird zwischen Makro-, Meso- und Mikroklima unterschieden:
- Makroklima: Betrachtung über sehr grosse geographische und zeitliche Räume (z.B.
Klimazonen)
- Mesoklima: Betrachtung über kleinere geographische und zeitliche Räume (z.B.
Regionalklima)
- Mikroklima: Betrachtung auf kleinstem Raum in kurzen Zeitintervallen für boden- nahe Luftschicht (z.B. Ortsklima)
Geographische Koordinaten:
Breitengrad
Längengrad
Die Lage eines Punktes auf der Erde lässt sich mit den Kugelkoordinaten Breitengrad und Längengrad beschreiben.
Die Breitengrade erstrecken sich vom Äquator zu den Polen. Am Äquator beginnt der Brei- tengrad bei 0°. Am Nordpol ist der Breitengrad 90 °N, am Südpol 90 °S. Der Breitengrad ist massgebend für die Klimazonen.
Die Längengrade beginnen beim definierten 0 ° Meridian von Greenwich (GB). Nach Osten werden die Längengrade bis 180 °E nach Westen bis 180 °W gezählt.
Klimazonen
Tropen: Heiss und feucht mit Regenzeiten. Die täglichen Temperaturschwankungen sind grösser als die jährlichen, aber generell gering.
Subtropen: Warm und feucht mit mässig Niederschlägen über das ganze Jahr. In Wüstenregi- onen herrscht ausgesprochene Trockenheit. Die jahreszeitlichen Schwankungen sind gering.
Die Jahresmitteltemperatur liegt über 20 °C.
Gemässigte Zone: Kühl-warmes Klima mit deutlichen jahreszeitlichen Temperaturschwan- kungen und Tageslängen von 8 bis 16 Stunden. Die relativ häufigen Niederschläge sind über das ganze Jahr verteilt.
Polare Zone: Kalt mit wenig Niederschlägen. Grosse tägliche Temperaturschwankungen.
Nördlicher und südlicher Wendekreis
Auf der Erde sind die Wendekreise die beiden Breitenkreise von je 23° 26 Nord und Süd. Auf ihnen steht die Sonne am Mittag des Tages der jeweiligen Sonnenwende im Zenit. Innerhalb der Wendekreise steht die Sonne an zwei Tagen im Jahr mittags genau im Zenit, erkennbar am senkrecht geworfenen Schatten. Am Wendekreis tritt diese Situation nur einmal im Jahr während der Sonnenwende ein.
Polarkreis Polarkreise nennt man die Breitenkreise auf 66° 33′ nördlicher und südlicher Breite, auf denen die Sonne an den Tagen der Sonnenwende gerade nicht mehr aufgeht bzw. untergeht. Ihre Lage ergibt sich aus der Neigung der Erdachse gegenüber der Senkrechten zur Ekliptik (Son- nenumlaufbahn) von derzeit 23,43°. Am Polarkreis geht die Sonne am Tag der Sommerson- nenwende nicht unter. Diese Erscheinung, die Mitternachtssonne genannt wird, fällt auf der Nordhalbkugel meist auf den 21. Juni und auf der Südhalbkugel auf den 21. oder 22. Dezem- ber. Am Tag der Wintersonnenwende geht die Sonne am Polarkreis nicht auf. Das ist der Tag, an dem auf der anderen Erdhalbkugel die Sommersonnenwende ist.
Sonne Sonnenhöhe γs (Altitude)
Winkel zwischen dem Sonnenmittelpunkt und dem Horizont, vom Beobachter aus betrachtet;
abhängig von Tageszeit, Jahreszeit und geographischer Breite des betreffenden Ortes.
Sonnenazimut αs Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung und dem Vertikalkreis durch den Son- nenmittelpunkt (0° bis 360°); abhängig von Tageszeit, Jahreszeit und geographischer Breite des betreffenden Ortes.
Sonnendeklination δ Winkel zwischen dem Sonnenmittelpunkt und dem Himmelsäquator; abhängig von der Jah- reszeit. + 23°26,5'~ δ ~ -23°26,5'
Astronomische Sonnenscheindauer
Bei der astronomischen oder theoretischen Sonnenscheindauer werden ideale Zustände angenommen (wolkenlose, ungetrübte klare Atmosphäre, frei von Bergen oder sonstigen verschattenden Elementen etc.) und hängt nur vom Breitengrad und der Jahreszeit ab.
Mögliche Sonnenscheindauer
Die Summe der Zeitintervalle innerhalb einer gegebenen Zeitspanne, während der die Sonne über dem wirklichen Horizont steht, der durch Berge, Gebäude, Bäume usw. eingeengt sein kann.
Sonnenscheindauer Die Summe der Zeltintervalle innerhalb einer gegebenen Zeitspanne (Stunde, Tag, Monat, Jahr), während derer die Bestrahlungsstärke der direkten Sonnenstrahlung auf eine Ebene senkrecht zur Sonnenrichtung größer oder gleich 120W/m2 (etwa 11‘000 lx) ist.
Relative
Sonnenscheindauer
Verhältnis der Sonnenscheindauer zur möglichen Sonnenscheindauer innerhalb derselben Zeitspanne.
· Sonnenschein-
wahrscheinlichkeit
Langjähriges Mittel der Augenblickwerte der relativen Sonnenscheindauer.
Solarkonstante E0 Bestrahlungsstärke der extraterrestrischen Sonnenstrahlung auf einer zur Einfallsrichtung senkrechten Ebene bei mittlerem Sonnenabstand. E0 = 1 ,37 kW/m2. Bei wolkenlosem Him- mel und klarer Atmosphäre kann mit einer Bestrahlungsstärke auf der Erde von 1.0 kW/m2 gerechnet werden
Globalstrahlung Die Globalstrahlung ist die Summe von Direkt- und Diffusstrahlung. Wenn nicht anders angegeben, ist die Globalstrahlung auf die horizontale Ebene bezogen.
Diffusstrahlung Als Diffusstrahlung wird die Strahlung bezeichnet, die durch Streuprozesse oder durch Ab- sorption von Körpern entsteht. Im Gegensatz zu Direktstrahlung ist Diffusstrahlung ungerich- tet. Diffuses Sonnenlicht kommt also nicht nur aus Richtung der Sonne, sondern aus allen Himmelsrichtungen.
Direktstrahlung Direktstrahlung ist die Strahlung, die ohne zwischengelagerte Streu- oder Absorptionsprozes- se von der Sonne auf die Erde gelangt.
Bedeckter Himmel Vollständig bedeckter Himmel, für den das Verhältnis der Leuchtdichte bei einem Höhenwin- kel γ über dem Horizont zur Leuchtdichte Lz im Zenit zu Lγ= Lz (1+ 2 sin γ)/3 festgelegt ist.
Klarer Himmel Wolkenloser Himmel, für den die relative Leuchtdichteverteilung nach Publikation CIE_No.22 (TC-4.2) festgelegt ist.
Sonnenhöhe γs (Altitude)
Winkel zwischen dem Sonnenmittelpunkt und dem Horizont, vom Beobachter aus betrachtet;
abhängig von Tageszeit, Jahreszeit und geographischer Breite des betreffenden Ortes.
Sonnenazimut αs Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung und dem Vertikalkreis durch den Son- nenmittelpunkt (0° bis 360°); abhängig von Tageszeit, Jahreszeit und geographischer Breite des betreffenden Ortes.
Winde Windrose meteorologisch
In einem Achsendiagramm wird die Richtung, Häufigkeit und Intensität von Winden einge- tragen. Die Windrichtung wird in die Richtung eingetragen, in die der Wind bläst (als würde ein Faden über dem Diagramm hängen, der vom Wind verweht wird). Häufiger Wind führt zu längerer Abtragung. Der Anteil der verschiedenen Windgeschwindigkeiten wird durch die Farbgebung ersichtlich.
Thermikwinde Durch Temperaturunterschiede unmittelbar benachbarter Gebiete auf der Erdoberfläche ent- stehen Auf- und Fallwinde. Der Druckausgleich geschieht durch den horizontalen Ausgleich mit Thermikwinden.
Winddruck Bläst der Wind gegen einen festen Gegenstand, entsteht eine Kraft auf die Fläche des Gegen- standes. Diese Kraft pro Flächeneinheit wird Winddruck genannt und ist senkrecht zur Fläche:
wobei
r: Dichte der Luft in kg/m³ v: Windgeschwindigkeit in m/s
Winddruckgebiete Ein Hoch- oder Niederdruckgebiet ergibt sich aus den globalen Winden. Fallwinde zur Erde werden Hochdruckgebiete, Steigwinde relativ zur Erde Tiefdruckgebiete genannt. Auf der Nordhalbkugel drehen die Winde in einem Hochdruckgebiet – ausgelöst durch die Erdrotation (Corioliskraft) – im Uhrzeigersinn, in einem Tiefdruckgebiet gegen den Uhrzeigersinn. Auf der Südhalbkugel drehen die Winde in Hoch- und Tiefdruckgebieten in entgegengesetzter Richtung zur Nordhalbkugel.
Windchill-Effekt Wird die hautnahe warme Luft durch den Wind vom Körper abgeführt und damit zusätzlich die Verdunstung forciert, ist die Temperaturempfindung des Menschen durch den resultieren- den Energieverlust kühler.
Temperatur
Temperaturdiagramm Ein Temperaturdiagramm stellt den Temperaturverlauf eines gewählten Ortes im Jahresver- lauf dar. Die Werte stammen aus Meteonorm. Der Temperaturverlauf kann in stündlicher Auflösung und mit einem gemittelten Wert über das ganze Jahr als Linie dargestellt werden.
Tag- und Nachttemperaturverläufe als separate Graphen dienen dem vertieften Verständnis für die Tagestemperaturschwankungen.
Jahresamplitude Die Schwankungsbreite zwischen Minimum und Maximum der Temperatur über ein Jahr wird Jahresamplitude genannt. Im Diagramm oben beträgt die Jahresamplitude 39.5 °C – 19
°C = 20.5 K.
Tagesamplitude Gegenüber der Jahresamplitude drückt die Tagesamplitude die Schwankungsbreite zwischen Minimum und Maximum der Temperatur eines Tages aus.
Durchschnittstemperaturen Durchschnittstemperaturen ist der arithmetische Mittelwert einer Anzahl Temperaturwerte über eine definierte Periode.
Jahresmittel Jahresmittel sind Mittelwerte von stündlichen Messgrössen wie z.B. die Temperatur über ein ganzes Jahr. Im Diagramm oben liegt der Jahresmittelwert der Temperatur bei 28.2 °C.
Niederschläge
Niederschlagsdiagramm Ein Niederschlagsdiagramm zeigt die Niederschlagsmenge sowie die Niederschlagsmenge eines Ortes über ein Jahr. Die Werte werden in der Regel in monatlicher Auflösung darge- stellt.
Regentage Als Regentag wird ein Tag mit mehr als 0.1 mm Niederschlag bezeichnet.
Niederschlagsmenge Die Menge Niederschlag in mm pro betrachtete Periode – in der Regel über einen Monat – wird Niederschlagsmenge genannt.
h,x-Diagramm von Mollier
Das h,x-Diagramm stellt die physikalischen Grössen der Luft grafisch dar. h, die ursprüngli- che Ordinate (y-Achse) des Diagrammes, ist die Enthalpie (der spezifische Wärmeinhalt der Luft) in kJ/kg. Auf der Abszisse (x-Achse) befindet sich der Wasserdampfgehalt x der Luft in g Wasserdampf pro kg Luft.
Mollier hat das Diagramm derart umgezeichnet, dass die Temperatur auf der Ordinate abgele- sen werden kann. Die Enthalpien h erscheinen im Mollier h,x-Diagramm als parallel zueinan- der stehende diagonale Linien. Der für die Luft interessante ungesättigte Bereich ist gegen- über dem ursprünglichen h,x-Diagramm grösser und somit einfacher für Prozess- oder Zu- standsdarstellungen.
Die relative Luftfeuchtigkeit ist in gebogenen Linien mit Begrenzung der Sättigungslinie (100
% relative Luftfeuchtigkeit) im h,x-Diagramm ablesbar.
Ursprüngliche h,x-Diagramm Mollier h,x-Diagramm
Behaglichkeitsbereich Oft wird der Behaglichkeitsbereich für Personen im Komfortbereich mit leichter sitzender Tätigkeit und jahreszeitlich adäquater Bekleidung für Temperatur und relativer Luftfeuchtig- keit für das Innenraumklima im h,x-Diagramm dargestellt. Die Raumlufttemperatur liegt im Jahresverlauf zwischen 20 und 26 °C. Die Raumluftfeuchtigkeit wird zwischen 30 %r.F. und 65 %r.F im genannten Temperaturbereich als behaglich empfunden. Das Behaglichkeitsfeld kann sich verschieben bei abweichender Bekleidung, anderem Aktivitätsgrad sowie kulturel- len Ansprüchen. In folgendem h,x-Diagramm ist der Behaglichkeitsbereich weiss dargestellt.
Resultierender
Handlungsbedarf für «behagliches Klima»
Die mit Farbe gekennzeichneten Bereiche im obigen h,x-Diagramm stellen die notwendigen Prozesse für das Erreichen der Behaglichkeit im Innenraum dar. Ist die Aussenluft zu warm, muss diese gekühlt werden, ist die Aussenluft zu trocken, muss diese befeuchtet werden usw.
Adiabatische Kühlung Die Anwendung der adiabaten Kühlung ist schon sehr alt und beruht auf dem einfachen Prin- zip, dass Wasser, wenn es in der Luft verdunstet, dieser sensible (fühlbare) Wärme durch die Verdunstungswärme entzieht, und damit die Lufttemperatur abnimmt. Dieser Prozess ist energiekonstant und verläuft entlang des spezifischen Wärmeinhalts (Enthalpie h) der Luft.
Die Befeuchtung bewirkt somit eine Abkühlung der Luft, aber auch eine Zunahme der Luft- feuchtigkeit.
Licht
Lichtstrom Φ [lm] Abgegebene Lichtleistung einer Lichtquelle (z.B. Glühlampe 60W Φ= 800 lm)
Beleuchtungsstärke E [lx] Zur Erfüllung bestimmter Sehaufgaben sind je nach Art der Tätigkeit bestimmte Beleuchtungs- stärken erforderlich, welche in der Norm (SN/EN 12464-1) hinterlegt sind.
Leuchtdichte L [cd/m2] Die Leuchtdichte ist die einzige lichttechnische Grundgrösse, welche vom menschlichen Auge direkt wahrgenommen werden kann. Zur Veranschaulichung kann am ehesten der Begriff der Helligkeit dafür verwendet werden.
