Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
F\u00fcr die Sanierung des Baubestandes fehlen effiziente auf einander abgestimmte L\u00f6sungen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Geb\u00e4udeh\u00fcllensystems in Holztafelbauweise, welches in vorgefertigten Elementen hergestellt und nach dem Verlegen der Versorgungsleitungen auf eine bestehende massive Wand aufgesetzt werden kann. \u00dcber diese Elemente werden die dahinter liegenden R\u00e4ume, mittels eines integrierten Zuluftger\u00e4tes und eines fl\u00e4chigen W\u00e4rmetauschers mit temperierter Frischluft versorgt und beheizt. Dabei ist die Geb\u00e4udeh\u00fclle als Baustein eines L\u00fcftungs- und Heizungskonzeptes mit W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung durch eine W\u00e4rmepumpe auf der Abluftseite zu verstehen. Auf diese Weise ist die Sanie-rung des Geb\u00e4udes in Hinsicht auf D\u00e4mmung, Heizung, L\u00fcftung und Fassade einschlie\u00dflich der Fenster in einem Zug zu bewerkstelligen. Zur Verringerung des W\u00e4rmedurchgangs der au\u00dfenliegenden D\u00e4mm-schicht aus nachwachsenden Rohstoffen soll das Prinzip der Porenl\u00fcftung genutzt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenInhalt des F+E-Projektes ist der Nachweis der physikalischen Wirksamkeit an einem Tafelbauelement. Dieser Nachweis dient als Entscheidungsgrundlage f\u00fcr die Weiterbearbeitung des Projektes im Sinne der Entwicklung eines voll funktionsf\u00e4higen Fassadensystems und dessen Erprobung im Versuchsstand \u00fcber die Winterperiode 2004\/2005 und danach dessen Demonstration in einem Pilotprojekt. Zu diesem Zweck wird ein Testelement konzipiert und zun\u00e4chst in einer Str\u00f6mungssimulation theoretisch untersucht, dann im Ma\u00dfstab 1:1 gebaut und in einer Testbox unter verschiedenen Randbedingungen vermessen. Der W\u00e4rmedurchgang wird dabei als Funktion der Durchstr\u00f6mung des Elementes im Versuch ermittelt. Die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit des W\u00e4rmedurchgangs \u00fcber die gesamte Paneelfl\u00e4che wird messtechnisch \u00fcberpr\u00fcft. Dabei wird die Zuluftf\u00fchrung innerhalb des Elementes optimiert und beim Bau des Testmodells ber\u00fccksichtigt. Nach Optimierung und erneuter Vermessung des Elementes stehen validierte Parameter f\u00fcr eine Simulation des Gesamtsystems aus Fassade und Anlagentechnik zur Verf\u00fcgung. Diese liefert belastbare Aussagen zu Temperaturverl\u00e4ufen und Arbeitszahlen der W\u00e4rmepumpe. Schlussendlich wird der Prim\u00e4renergieverbrauch des Systems (W\u00e4rmepumpe, Ventilatoren, Umw\u00e4lzpumpe) f\u00fcr reale Betriebsf\u00e4lle ermittelt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Luftstr\u00f6mungssimulation: Die Simulationen wurden mit dem Programm CFX-5 f\u00fcr ein Grundmodell der Porenl\u00fcftungsfassade und eine weitere L\u00fcftungsfassade mit zus\u00e4tzlicher Vlieseinlage vor der D\u00e4mmmatte durchgef\u00fchrt. Im Grundmodell zeigt sich, dass die Durchstr\u00f6mung der D\u00e4mmschicht \u00fcber die H\u00f6he der Fassade variiert. Im oberen Bereich kann sogar eine leichte R\u00fcckstr\u00f6mung auftreten. Es konnte gezeigt werden, dass diese Ungleichm\u00e4\u00dfigkeit der Durchstr\u00f6mung durch eine Konvektionswalze im raumseitigen Luftsammelspalt vor der Altbaufassade entsteht. Die Berechnungen mit einem zus\u00e4tzlichen Str\u00f6mungs-widerstand in Form einer Vlieseinlage auf der D\u00e4mmschicht erfolgten f\u00fcr den Fall einer Nachheizung im raumseitigen Luftsammelspalt. Ein Vlies mit einem linearen l\u00e4ngenbezogenen Str\u00f6mungswiderstand von 3*106 kg\/m2s gew\u00e4hrleistet eine sehr gleichm\u00e4\u00dfige Durchstr\u00f6mung. Die U-Werte stimmen auch mit den theoretisch berechneten Werten \u00fcberein. Auch die Temperaturverl\u00e4ufe innerhalb des D\u00e4mmmaterials zeigen den erwarteten Verlauf. Ein solches Vlies w\u00fcrde bei Durchstr\u00f6mung mit einem praxisrelevanten Nennvolumenstrom von 2m3\/m2h lediglich einen Druckabfall von 2,5 Pa verursachen, was gegen\u00fcber dem Druckabfall des der Fassade vorgeschalteten Filters \u00fcberhaupt kein Problem darstellt.
\nMessungen: Die verwendete Messbox ist auf einer Seite durch eine Hartschaumplatte als Ersatz f\u00fcr die Altbauwand begrenzt, auf welche die eigentliche Testfassade aufgesetzt werden konnte. Die Messbox stand w\u00e4hrend der Experimente im Labor, so dass au\u00dferhalb der Box eine Temperatur von ca. 20 \u00b0C herrschte. Der Innenraum wurde mittels einer Heizung im inneren der Box auf einen Wert von 40 \u00b0C temperiert, sodass \u00fcber der Testfassade und der Altbauwand eine definierte Temperaturdifferenz von 20 K abfiel. Durch eine sogenannte aktive Isolierung der f\u00fcnf anderen H\u00fcllfl\u00e4chen der Messbox war sichergestellt, dass die in die Box eingebrachte W\u00e4rme nur durch die Testfassade und die Luft die Messbox verlassen konnte. So lie\u00df sich aus einer Bilanzierung der eingebrachten Heizleistung und der L\u00fcftungsw\u00e4rmestr\u00f6me der W\u00e4rmedurchgang durch die Fassade und daraus bei den bekannten Randbedingungen der resultierende U-Wert berechnen. F\u00fcr den Aufbau der Messbox wurden die Einfl\u00fcsse von W\u00e4rmebr\u00fccken des Randverbundes ber\u00fccksichtigt. Dieser Einfluss war jedoch gering. Aus der sehr guten Entsprechung von errechneten und gemessenen Werten ist zu folgern, dass die D\u00e4mm-Matte sehr gleichm\u00e4\u00dfig durchstr\u00f6mt wird und der erwartete Effekt einer deutlichen Verbesserung des U-Wertes der Porenl\u00fcftungsfassade eintritt. Bei einer mittleren Str\u00f6mungsgeschwindigkeit von 10-3 m\/s wurde ein U-Wert von 0,08 W\/(m2*K) gemessen.
\nSimulation Gesamtenergieverbrauch: Es ist die Energiebilanz f\u00fcr ein fiktives Geb\u00e4ude, welchem ein als repr\u00e4sentativ ausgesuchter Wohnungsgrundriss zugrunde lag, f\u00fcr drei verschiedene Luftwechselraten von 0,3\/h, 0,5\/h und 0,8\/h ermittelt worden. Der Nachheizbedarf \u00fcber die W\u00e4rmepumpe setzt sich aus dem Anteil der W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung aus der Abluft und der elektrischen Antriebsarbeit der W\u00e4rmepumpe zusammen und steigt mit zunehmendem Luftwechsel an. Gleichzeitig erh\u00f6ht sich mit zunehmendem Luftwechsel auch der Jahresnutzungsgrad der W\u00e4rmepumpe, wodurch die elektrische Antriebsarbeit nicht so deutlich zunimmt wie der Nachheizbedarf. Bei der Berechnung des Prim\u00e4renergieverbrauchs f\u00fcr die Beheizung des Geb\u00e4udes wurde neben der Antriebsenergie f\u00fcr die W\u00e4rmepumpe auch der Strombedarf f\u00fcr den Betrieb von Zu- und Abluftventilatoren, der Umw\u00e4lzpumpe der Heizung sowie f\u00fcr die Enteisung des W\u00e4rmetauschers der W\u00e4rmepumpe bei sehr tiefen Temperaturen und entsprechend hohen Leistungsanforderungen ber\u00fccksichtigt. Als Ergebnis kann man feststellen, dass f\u00fcr eine Luftwech-selrate von 0,5\/h f\u00fcr die Beheizung des Geb\u00e4udes ein sehr niedriger Prim\u00e4renergieverbrauch von ca. 40 kWh\/m2 (Wohnfl\u00e4che) zu erwarten ist und ein Jahresnutzungsgrad der W\u00e4rmepumpe von 3.9 erreicht wird.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ver\u00f6ffentlichung der Ergebnisse erfolgte bisher mit einem Kurzvortrag zur Str\u00f6mungssimulation auf dem 22. CAD-FEM Users Meeting 2004 \/ ANSYS CFX @ ICEM CFD Conference vom 10. -12. November in Dresden. Weitere Ver\u00f6ffentlichungen sind geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Vorprojekt konnte der Effekt der Verringerung des W\u00e4rmedurchgangs durch D\u00e4mm-Materialien durch das Prinzip der Porenl\u00fcftung eindeutig nachgewiesen werden. Weiter ist aus der sehr guten Entsprechung von errechneten und gemessenen Werten zu folgern, dass die D\u00e4mm-Matte sehr gleichm\u00e4\u00dfig durchstr\u00f6mt wird, sodass eine Weiterentwicklung des Konstruktionsprinzips f\u00fcr die Vorsatzschale mit dem vorgeschlagenen Aufbau als sinnvoll erachtet werden kann. Die auf Basis der Messungen sehr detailliert ausgef\u00fchrten Berechnungen untermauern die prognostizierten Einsparungen an Prim\u00e4renergie. Damit ist die Sinnhaftigkeit des Technikkonzeptes belegt und die Weiterverfolgung wird beantragt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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