Thermische Gebäudesimulationen im Hinblick auf Übertemperaturgradstunden. Vergleich zwischen Testreferenzjahren (TRY) und sommer-fokussierten extremen TRY

Inhaltsverzeichnis

Symbol- und Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung.
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung

2. Grundlagen
2.1 Deutscher Wetterdienst (DWD)
2.2 Testreferenzjahre (TRY)
2.2.1 Anwendung und Nutzen
2.2.2 TRY-Klimaregionen Deutschlands
2.2.3 Erstellungsschema
2.2.3.1 TRY mittlerer Witterungsverhältnisse
2.2.3.2 TRY sommer-fokussierter extremer Witterungsverhältnisse
2.2.4 Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den TRY-Datensätzen
2.3 Thermisch-dynamische Gebäudesimulation
2.3.1 Anwendung und Nutzen
2.3.2 Simulationssoftware „IDA ICE"
2.4 Thermische Behaglichkeit
2.5 Lufttemperatur, Strahlungstemperatur und operative Temperatur
2.6 Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2:2013-02
2.6.1 Sommerklimaregionen Deutschlands
2.6.2 Übertemperaturgradstunden
2.7 Kühllastberechnung nach VDI 2078:2012-03
2.7.1 Kühllastzonen Deutschlands
2.7.2 Cooling Design Period (CDP) und Cooling Design Day (CDD)

3. Vergleich der TRY-Datensätze mittels simulierter Übertemperaturgradstunden
3.1 Simulationsbedingungen bzw. -grundlagen
3.1.1 Referenzräume
3.1.2 Randparameter
3.1.3 Excel-Tool
3.2 Simulationsergebnisse
3.2.1 Büroraum 03
3.2.2 Wohnraum
3.2.3 Übersicht der übrigen Simulationsvarianten
3.3 Auswertung der Simulationsergebnisse
3.3.1 Allgemeine Auffälligkeiten
3.3.2 Analyse der sommer-fokussierten Referenzjahre
3.3.3 Einfluss einzelner Parameter auf den Vergleich der TRY-Datensätze

4. Vergleich der TRY-Datensätze mit den Klimadaten der VDI 2078:2012-03.
4.1 Vergleichsschema bzw. -prinzip
4.2 Vergleichsergebnisse
4.2.1 Klimaregion 02 (Rostock) bzw. Kühllastzone 1 (Rostock)
4.2.2 Klimaregion 03 (Hamburg) bzw. Kühllastzone 2 (Hamburg)
4.2.3 Klimaregion 04 (Potsdam) bzw. Kühllastzone 3 (Potsdam)
4.2.4 Klimaregion 12 (Mannheim) bzw. Kühllastzone 4 (Mannheim)
4.3 Auswertung der Vergleichsergebnisse.

5. Zusammenfassung

6. Verzeichnisse
6.1 Literatur
6.1.1 Normen und Richtlinien
6.1.2 Gesetze und Verordnungen
6.1.3 Publikationen
6.2 Abbildungen
6.3 Tabellen

7. Anlagen
7.1 Simulationsergebnisse Übertemperaturgradstunden
7.1.1 Büroraum 01
7.1.2 Büroraum
7.1.3 Büroraum
7.1.4 Büroraum
7.1.5 Büroraum
7.1.6 Wohnraum 02
7.1.7 Wohnraum 03
7.1.8 Wohnraum 04
7.1.9 Wohnraum 05
7.1.10 Wohnraum 06
7.2 Vergleich Klimadatensätze: TRY - sommer-fokussiertes extremes TRY
7.2.1 Klimaregion 01 (Bremerhaven)
7.2.2 Klimaregion 02 (Rostock)
7.2.3 Klimaregion 03 (Hamburg)
7.2.4 Klimaregion 04 (Potsdam)
7.2.5 Klimaregion 05 (Essen)
7.2.6 Klimaregion 06 (Bad Marienberg)
7.2.7 Klimaregion 07 (Kassel)
7.2.8 Klimaregion 08 (Braunlage)
7.2.9 Klimaregion 09 (Chemnitz)
7.2.10 Klimaregion 10 (Hof)
7.2.11 Klimaregion 11 (Fichtelberg)
7.2.12 Klimaregion 12 (Mannheim)
7.2.13 Klimaregion 13 (Mühldorf)
7.2.14 Klimaregion 14 (Stötten)
7.2.15 Klimaregion 15 (Garmisch)
7.2.16 Jahresvergleich Klimaregionen 01 - 15

Thesen

Aufgabenstellung

Problemstellung

Testreferenzjahre (TRY) werden in der Bauphysik unter anderem bei thermischen Gebäudesimulationen, instationären Wärmetransportvorgängen bzw. Wärmebrückenbetrachtungen und bei hygrothermischen Bauteiluntersuchungen genutzt. Neben den „normalen" TRY, welche die mittleren Witterungsverhältnisse der jeweiligen Klimaregion abbilden, erstellt der Deutsche Wetterdienst (DWD) zusätzlich Testreferenzjahre für extreme Witterungsverhältnisse - die „extremen" TRY. Diese werden genutzt, um heiz- und raumlufttechnische Anlagen auch für extreme Belastungen auslegen zu können. Es gibt Datensätze für je ein Jahr mit einem sehr kalten Winterhalbjahr (Oktober bis März) und einem sehr warmen Sommerhalbjahr (April bis September) - die winter- bzw. sommer-fokussierten extremen Jahre. Hierbei handelt es sich um reale Jahreszeiträume. Dies unterscheidet die extremen TRY von den normalen TRY, welche einem anderen Erstellungsschema unterliegen.

Zielstellung und Bearbeitungsschwerpunkte

In dieser Masterarbeit wird ein Vergleich zwischen TRY und sommerfokussierten extremen TRY bei der Nutzung in thermischen Gebäudesimulationen im Hinblick auf die Übertemperaturgradstunden angestellt. Es ist zu prüfen, ob die sommerfokussierten extremen TRY in allen Klimaregionen Deutschlands in jedem Monat extremere Witterungsverhältnisse widerspiegeln als die normalen TRY, und ob somit deren Nutzung immer zu höheren Übertemperaturgradstunden führt und damit den „Worst-Case" darstellt. Des Weiteren werden die TRY-Datensätze des DWD mit den Klimadaten der VDI 2078 (Berechnung der Kühllast klimatisierter Räume) verglichen, um Unterschiede herauszustellen.

Im Mittelpunkt der Bearbeitung des Themas stehen thermische Simulationen eines einfachen Referenzraumes mit verschiedenen Randparametern, an welchem die Auswirkungen der Nutzung verschiedener TRY-Datensätze geprüft werden können. So werden massive und leichte Bauweise miteinander verglichen, um den Einfluss der thermischen Speichermasse zu erfassen. Es wird der Einfluss des Fensterflächenanteils, der Glaseigenschaften (g-Wert) und der konstruktiven Verschattungseinrichtungen (FC-Wert) untersucht. Um die Auswirkungen der internen Wärmelasten zu berücksichtigen, werden die beiden Fälle „Wohnnutzung" und „Büronutzung" einander gegenübergestellt. Für alle Simulationsvarianten werden jeweils unter Nutzung der normalen und extremen TRY-Datensätze die Übertemperaturgradstunden ermittelt. Anschließend werden diese Simulationsergebnisse ausgewertet, miteinander verglichen und allgemeingültige Aussagen abgeleitet.

Symbol- und Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Testreferenzjahre (TRY = Test-Reference-Year) spielen in vielen Bereichen der Bauphysik eine bedeutende Rolle. Als äußere Klimarandbedingung, welche eine Reihe von meteorologischen Daten charakterisiert, stellen sie einen sehr entscheidenden Faktor für die Untersuchung instationärer Fälle in der Bauphysik dar. Instationäre Betrachtungen unterscheiden sich von stationären Betrachtungen dadurch, dass äußere Randbedingungen, wie bspw. Lufttemperaturen, nicht als konstant angenommen werden, sondern sich entsprechend des jahreszeitlichen Verlaufs ändern. Für die Bauphysik interessieren bei thermischen Gebäudesimulationen aus der Vielzahl der meteorologischen TRY-Daten im Wesentlichen der JahresTemperaturverlauf der Außenluft, sowie die Globalstrahlung (Summe aus Direkt- und Diffusstrahlung). Diese jahreszeitlichen Veränderungen der meteorologischen Parameter wurden vom Deutschen Wetterdienst (DWD) messtechnisch für 15 Messstandorte bzw. Klimaregionen Deutschlands erfasst und jeweils zu TRY- Datensätzen aufbereitet. Ohne TRY wären instationäre Betrachtungen somit in den meisten Fällen in der praktischen Bauphysik nicht möglich.

Neben den „normalen“ TRY, welche die mittleren Witterungsverhältnisse der jeweiligen Klimaregion abbilden, erstellt der DWD zusätzlich TRY auf Basis extremer Witterungsverhältnisse für die 15 Klimaregionen Deutschlands. Diese werden genutzt, um heiz-, raumluft- und klimatechnische Anlagen auch für extreme Belastungen auslegen zu können. Es gibt Datensätze für je ein Jahr mit einem sehr kalten Winterhalbjahr (Oktober bis März) und einem sehr warmen Sommerhalbjahr (April bis September) - die sog. winter- bzw. sommer-fokussierten extremen Jahre. Hierbei handelt es sich um real zusammenhängende Jahreszeiträume. Dies unterscheidet die extremen TRY von den normalen TRY, welche einem anderen Erstellungsschema unterliegen.

1.1 Problemstellung

Es ist für bauphysikalische Planer und Ingenieure von praktischem Interesse zu wissen, welchen Einfluss der gewählte TRY-Datensatz auf das Simulationsergebnis bei der Nutzung in thermischen Gebäudesimulationen hat. Sehr häufig werden bei thermisch-dynamischen Gebäudesimulationen, die der Überprüfung des sommerlichen Wärmeschutzes dienen, die nach DIN 4108-2 1 definierten Übertemperaturgradstunden als Beurteilungskriterium zugrunde gelegt. Auch bei den durchgeführten Untersuchungen, welche dieser Arbeit zugrunde liegen, wurde auf dieses Beurteilungskriterium zurückgegriffen.

1.2 Zielsetzung

Es wurde im Zuge dieser Arbeit untersucht, ob die sommer-fokussierten extremen TRY in allen 15 Klimaregionen Deutschlands in jedem Monat extremere Witterungsverhältnisse widerspiegeln als die normalen TRY oder ob es aufgrund der unterschiedlichen Erstellungsschemata der TRY-Datensätze Monate in bestimmten Klimaregionen gibt, in welchen die normalen TRY-Datensätze ein extremeres Klima abbilden. Somit wurde untersucht, ob die Nutzung von sommer-fokussierten extrem warmen TRY-Datensätzen als äußere Klimarandbedingung immer zu höheren Übertemperaturgradstunden führt und damit den „Worst-Case“ darstellt.

Fragen wie:

- Lassen sich pauschalisierte Aussagen, wie z. B. „Ein sommer-fokussiertes extrem warmes TRY liefert im Vergleich zum normalen TRY bei gleicher Klimaregion um X,XX % höhere Übertemperaturgradstunden. “, treffen?
- Liefert ein sommer-fokussiertes extremes TRY, bei gleicher technischer Gebäudeausstattung, immer erhöhte Übertemperaturgradstunden?
- Gibt es aufgrund der unterschiedlichen Erstellungsschemata der TRY- Datensätze bestimmte Monate in bestimmten Klimaregionen bei denen die som- mer-fokussierten extremen TRY rechnerisch „günstigere“ Ergebnisse liefern als die normalen TRY? Wenn ja, woran liegt das?
- Welchen Einfluss spielen Randparameter wie Klimaregion, Gebäude- bzw. Raumausrichtung, thermische Speichermasse (spezifische Wärmekapazität), Fensterflächenanteil, Glaseigenschaften, Verschattung und interne Wärmeeinträge? Wirken sich diese Randparameter bei beiden TRY-Datensätzen im jahreszeitlichen Verlauf gleich stark aus?

wurden im Laufe der Bearbeitung des Themas geklärt.

Mit den Ausführungen in dieser Arbeit sollen die Unterschiede zwischen den Erstellungsschemata der TRY-Datensätze für mittlere und sommer-fokussierte extreme Witterungsverhältnisse, sowie unter Umständen dadurch bedingte Paradoxien und deren Ursachen, aufgezeigt werden. Es wurde also unter anderem geprüft, ob die Nutzung von sommer-fokussierten extremen TRY zur Ermittlung der Übertemperaturgradstunden mithilfe von thermischen Gebäudesimulationen in jedem Fall Sinn macht, um den „Worst-Case“ abzubilden.

Des Weiteren wurden die TRY-Datensätze des DWD mit den Klimadaten der VDI 2078 9 verglichen, um Unterschiede herauszustellen.

2. Grundlagen

In diesem Kapitel werden grundlegende Begrifflichkeiten und Zusammenhänge vorgestellt, die dem besseren Verständnis dieser Arbeit dienen.

2.1 Deutscher Wetterdienst (DWD)

Der DWD wurde 1952 als nationaler meteorologischer Dienst der Bundesrepublik Deutschland gegründet. Seine Aufgaben sind nach § 4 des „Gesetzes über den Deutschen Wetterdienst“ 14:

- „die Erbringung meteorologischer Dienstleistungen [...],
- die meteorologische Sicherung der Luft- und Seefahrt,
- die Herausgabe von amtlichen Warnungen über Wettererscheinungen [...],
- die kurzfristige und langfristige Erfassung, Überwachung und Bewertung der meteorologischen Prozesse, Struktur und Zusammensetzung der Atmosphäre,
- die Erfassung der meteorologischen Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und anderen Bereichen der Umwelt,
- die Vorhersage der meteorologischen Vorgänge,
- die Überwachung der Atmosphäre auf radioaktive Spurenstoffe und die Vorhersage deren Verfrachtung,
- der Betrieb der erforderlichen Mess- und Beobachtungssysteme [...] und
- die Bereithaltung, Archivierung und Dokumentierung meteorologischer Daten und Produkte. “¹

Insbesondere die fett hervorgehobenen Aufgabenfelder sind für die Erstellung der TRY-Datensätze mittlerer und extremer Witterungsverhältnisse von großer Bedeutung.

2.2 Testreferenzjahre (TRY)

Die derzeit aktuellen TRY 19 wurden vom DWD und der Firma „Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH“ im November 2010 im Auftrag des BBR für 15 Klimaregionen Deutschlands fertig gestellt. Es handelt sich dabei um stündlich aufgelöste Datensätze einer Vielzahl meteorologischer Parameter für ein Jahr. Für jede dieser meteorologischen Größen liegen also 8760 Daten (365 d • 24 h = 8760) vor. Die TRY beziehen sich auf den Zeitraum von 1988 bis 2007, da in dieser Zeitspanne ein deutlicher Lufttemperaturanstieg zu beobachten war 17.

Die folgende Auflistung soll einen Überblick über die einzelnen überwiegend messtechnisch erfassten Parameter geben, welche sich in einem TRY-Datensatz wiederfinden (Definition Wertebereiche siehe 16):

- N Bedeckungsgrad [Achtel]; {0..8;9}
- WR Windrichtung in 10 m Höhe über Grund [°]; {0;10..360;999}
- WG Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe über Grund [m/s]
- t Lufttemperatur in 2 m Höhe über Grund [°C]
- p Luftdruck in Stationshöhe [hPa]
- x Wasserdampfgehalt, Mischungsverhältnis [g/kg]
- RF Relative Feuchte in 2 m Höhe über Grund [%]; {0..100}
- W Wetterereignis der aktuellen Stunde; {0..99}
- B Direkte Sonnenbestrahlungsstärke (horizontale Ebene) [W/m2]
- D Diffuse Sonnenbestrahlungsstärke (horizontale Ebene) [W/m2]
- IK Information ob B und/oder D Messwert/Rechenwert; {1;2;3;4;9}
- A Bestrahlungsstärke der atm. Wärmestrahlung (horizontale Ebene) [W/m2]
- E Bestrahlungsstärke der terr. Wärmestrahlung [W/m2]
- IL Qualitätsbit für die langwelligen Strahlungsgrößen; {1;2;3;4;5;6;7;8;9}

Die für thermische Gebäudesimulationen wichtigsten Größen sind fett hervorgehoben. Die Summe aus der direkten (unabgelenkten) und der diffusen (in der Atmosphäre gestreuten) Sonnenbestrahlungsstärke bildet die globale Solarstrahlung.

Neben diesen überwiegend messtechnisch erfassten Parametern enthält jeder TRY- Datensatz folgende Informationen (Definition Wertebereiche siehe 16):

- Station (Ort)
- Lage (Breitengrad, Längengrad, Höhe über NN)
- Zeitpunkt der Erstellung
- Art des TRY (mittleres Jahr, extremer Sommer, extremer Winter)
- Bezugszeitraum (Gegenwarts-TRY: 1988 - 2007; Zukunfts-TRY: 2021 - 2050)
- Stadteffekt (Bewertung des Einflusses der städtischen Wärmeinsel)
- Höhenkorrektur (Vertikalgradienten von Lufttemperatur und Wasserdampfgehalt)
- RG TRY-Region; {1..15}
- IS Standortinformation; {1,2}
- MM Monat; {1 ..12}
- DD Tag; {1..28,30,31}
- HH Stunde (MEZ); {1..24}

Auf das Programmmodul der TRY zur Abschätzung des Einflusses der städtischen Wärmeinsel (Stadteffekt) sowie der Höhenabhängigkeit von Lufttemperatur und Wasserdampfgehalt (Höhenkorrektur) wird in dieser Arbeit nicht näher eingegangen.

Für jede der 15 TRY-Klimaregionen (siehe Punkt 2.2.2) gibt es sechs verschiedene Arten von TRY-Datensätzen:

- TRY mittlerer Witterungsverhältnisse (Hinweis: diese TRY werden, im Rahmen dieser Arbeit, stellenweise verkürzt als „normale“ TRY bezeichnet)
- TRY mit sehr warmem Sommerhalbjahr (April bis September); sommer-fokussiertes extremes TRY (Hinweis: diese TRY werden, im Rahmen dieser Arbeit, stellenweise verkürzt als „extreme“ TRY bezeichnet)
- TRY mit sehr kaltem Winterhalbjahr (Oktober bis März); winter-fokussiertes extremes TRY
- Zukunfts-TRY für den Zeitraum von 2021 bis 2050 für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse (jeweils sommer- und winter-fokussiert)

Die für diese Arbeit entscheidenden TRY-Datensätze sind fett hervorgehoben. Auf die winter-fokussierten extremen TRY und die Zukunfts-TRY wird im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen, da nur ein Vergleich zwischen den TRY mittlerer Witterungsverhältnisse und den sommer-fokussierten extremen TRY angestellt wird.

2.2.1 Anwendung und Nutzen

In der DIN 4710 2 werden die TRY als eine Grundlage zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz-, raumluft- und klimatechnischen Anlagen aufgeführt. Neben den TRY, welche vorwiegend für energetische Betrachtungen in Deutschland verwendet werden, gibt es weitere meteorologische Datensätze für differenzierte bauphysikalische Fragestellungen, wie z. B. Klimadaten vom „US Department of Energy“ für internationale Standorte, Klimadatensätze nach ASHRAE 160 zur Feuchtebeurteilung, spezielle Statistiken ausgewählter Messdaten und Rechenmodellwerte.

Meteorologische Datensätze werden in der Bauphysik unter anderem bei thermischdynamischen Gebäudesimulationen, Energiebedarfsberechnungen, instationären Wärmetransportvorgängen bzw. Wärmebrückenbetrachtungen und bei hygrothermi- schen Bauteiluntersuchungen genutzt. Die Ergebnisse sind durch den Ansatz einer instationären äußeren Randbedingung weitaus realitätsnaher, als es bei stationären Betrachtungen der Fall sein kann. So werden z. B. auch Wärmespeichervorgänge in Abhängigkeit der jeweiligen spezifischen Wärmekapazität der Stoffe berücksichtigt.

Auf der Internetseite des DWD heißt es bezüglich der Nutzung: „TRY-Datensätze werden vor allem für Simulationen und Berechnungen im heizungs- und raumlufttechnischen Bereich von Planern und Ingenieuren genutzt2 Die DIN 4710 erweitert den Anwendungsbereich der TRY-Daten dagegen auch auf „die Simulation des Betriebes anderer technischer und nichttechnischer Systeme [...], wenn diese in vergleichbarer Weise von meteorologischen Elementen abhängen. “ 3 Dies kann bspw. bei Fragen zur Anwendung von Solarenergie der Fall sein.

2.2.2 TRY-Klimaregionen Deutschlands

Jahreszeitliche Veränderungen der meteorologischen Parameter werden vom DWD messtechnisch durch ein Klimamessnetz (ca. 600 über das ganze Bundesgebiet verteilte Stationen) erfasst. Da ein TRY für jede dieser ca. 600 Stationen für den Anwender zu unübersichtlich und in der Aufbereitung der TRY-Datensätze zu kostenintensiv wäre, wurde die räumliche Klimavariabilität der meteorologischen Elemente hinreichend genau durch die Einteilung Deutschlands in 15 Klimaregionen mit je einer Repräsentanzstation erfasst. Diese Einteilung wurde anhand einer Faktoren- und Clusteranalyse vorgenommen 33. Für jede der 15 Repräsentanzstationen wurden die Wetterdaten zu TRY-Datensätzen aufbereitet. Auf die charakteristischen Klimaverhältnisse der 15 Klimaregionen wird im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen - hierfür sei auf 16 verwiesen. In der folgenden Tabelle sind die TRY-Klimaregionen und die dazugehörigen Repräsentanzstationen aufgelistet:^{2 3}

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.2-1: TRY-Klimaregionen und Repräsentanzstationen 16

Die folgende Abbildung zeigt eine vom DWD erstellte Karte der 15 TRY- Klimaregionen 21. Die zugehörigen Repräsentanzstationen mit den jeweiligen Höhen über NN sind ebenfalls eingetragen. Zur besseren Übersicht wurden die einzelnen Regionen unterschiedlich koloriert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.2-1: Grafische Darstellung der 15 TRY-Klimaregionen Deutschlands [21]

2.2.3 Erstellungsschema

Da sich die Erstellungsschemata für TRY mittlerer und extremer Witterungsverhältnisse deutlich voneinander unterscheiden, wird im Folgenden getrennt auf beide eingegangen. Für detailliertere Ausführungen sei auf 16, 17 und 18 verwiesen.

2.2.3.1 TRY mittlerer Witterungsverhältnisse

TRY mittlerer Witterungsverhältnisse fassen statistisch den charakteristischen Witterungsverlauf eines Jahres, getrennt für die 15 TRY-Klimaregionen, zusammen. Real gemessene Witterungsabschnitte (Segmente) aus verschiedenen Jahren wurden dabei so gewählt, zusammengefügt und aneinandergereiht, „dass die langjährigen monatlichen und jahreszeitlichen Mittel und Standardabweichungen der Klimaparameter, insbesondere der Lufttemperatur, auf Basis des Zeitraumes 1988 bis 2007 bestmöglich wiedergegeben werden.“4 Zeitreihen messtechnisch erfasster Daten wurden also segmentiert und anschließend zu neuen synthetischen Reihen kombiniert. Über Glättungs- und Interpolationsverfahren wurden die Segmente der verschiedenen Witterungsabschnitte so aneinander gepasst, dass die Übergänge meteorologisch sinnvoll sind und zum Jahreswechsel periodisch ineinander übergehen 2. Durch die Auswahl realer Witterungssegmente soll das natürliche Verhalten der meteorologischen Parameter möglichst unverfälscht dargestellt werden. Der Bezugszeitraum von 1988 bis 2007 wurde gewählt, da in dieser Zeitspanne der jüngsten Vergangenheit ein hoher Lufttemperaturanstieg zu verzeichnen war 17.

Grundlage für die einzelnen Witterungssegmente, aus denen die TRY zusammengesetzt wurden, sind die Messwerte aus der sog. MIRAKEL-Datenbank des DWD. Da diese Datenreihe jedoch bis in die frühen 90er Jahre vereinzelt Lücken in den stündlichen Messwerten aufweist, wurde zusätzlich auf die sog. Landwirtschaftsdatenbank des DWD zurückgegriffen, um die Datenlücken der MIRAKEL-Datenbank auszufüllen 16.

Da für die direkte und diffuse Sonnenbestrahlungsstärke auf die horizontale Ebene, sowie die Bestrahlungsstärke der atmosphärischen Wärmestrahlung (horizontale Ebene) und die Bestrahlungsstärke der terrestrischen Wärmestrahlung für einige TRY-Klimaregionen keine Strahlungsmessdaten vorlagen, mussten diese Größen für die entsprechenden Klimaregionen nach dem Berechnungsalgorithmus der VDI 3789-2 10 berechnet werden. Für die Repräsentanzstationen von Rostock⁴ (Klimaregion 02), Hamburg (Klimaregion 03), Potsdam (Klimaregion 04), Chemnitz (Klimaregion 09), Fichtelberg (Klimaregion 11) und Mannheim (Klimaregion 12) lagen diesbezüglich Messungen vor 17.

Ein Zeitreihen-Witterungssegment wurde für jedes TRY nur ein einziges Mal verwendet - eine Mehrfachnutzung war daher ausgeschlossen. Dies ist auch dadurch bedingt, dass ein realer Witterungsabschnitt immer genau an dem Tag im TRY eingefügt wurde, an dem er beginnt. So konnte bspw. der charakteristische Witterungsabschnitt „28.10.2002 bis 14.11.2002" nur am 28.10. der synthetischen Reihe des TRY-Datensatzes eingefügt werden.

An die realen Witterungsabschnitte wurden weitere Anforderungen gestellt, auf welche im Folgenden eingegangen wird. Ein entscheidendes Kriterium ist z. B., dass repräsentative zeitliche Verläufe von Jahreszeit zu Jahreszeit möglichst genau in den Testreferenzreihen enthalten sind. Weitere Anforderungen und Prinzipien der TRY-Erstellung sind im Projektbericht „Neue Testreferenzjahre" 17 wie folgt zusammengefasst:

- „Segment muss sich „tagesscharf“ an der richtigen Position im TRJ (Anm.: TRJ = TRY) befinden.
- Segment muss bestmögliche Anpassung an den Jahresgang und die Streuung (gewonnen aus dem Zeitraum 1988 bis 2007) gewährleisten. Gewichtung bei den Anpassungen: 70 % Jahresgang, 30 % Streuung.
- Mindestlänge eines Segments: 10 Tage; Höchstlänge: 30 Tage. Ausnahmen sind am Jahresende möglich.
- Maximale Temperaturdifferenz zweier aneinander grenzender Segmente um 00 Uhr: 4 K.“⁵

Insbesondere der zweite Punkt ist hervorzuheben. Für jede der 15 Repräsentanzstationen wurde individuell eine Auswahl geeigneter Witterungssegmente getroffen. Dies unterscheidet die aktuellen TRY-Datensätze 19 aus dem Jahr 2010/2011 von den vorhergehenden, im Jahr 2004 erschienenen, TRY-Datensätzen. Da nicht alle Klimaparameter gleich gut an ihre Mittel und ihre mittlere Variabilität angepasst werden konnten, musste der Mittelwert und die Streuung der stündlichen Lufttemperatur bei den aktuellen Datensätzen, auf Grundlage des Bezugszeitraumes von 1988 bis 2007, monats-, jahreszeiten- und regionsbezogen bestmöglich getroffen werden.

In der folgenden Tabelle sind exemplarisch für die TRY-Klimaregion 01 (Bremerhaven) die ausgewählten realen Quellzeiträume (Witterungssegmente) dargestellt, welche zusammengesetzt und aneinandergereiht den TRY-Datensatz dieser Klimaregion für mittlere Witterungsverhältnisse bilden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.2-2: Ausgewählte Quellzeiträume am Beispiel des TRY-Datensatzes der Klimaregion 01 (Bremerhaven) für mittlere Witterungsverhältnisse 16

Zusammenfassend sind TRY mittlerer Witterungsverhältnisse, aufgrund des im Voraus beschriebenen Erstellungsschemas, sehr gut zur Nutzung als äußere Klimarandbedingung in thermischen Gebäudesimulationen geeignet, wenn es darum geht raumklimatische Verhältnisse unter mittleren äußeren Zuständen und normalen äußeren Schwankungen zu bewerten. Meteorologische Zufälligkeiten eines bestimmten Jahres werden, aufgrund der Mittelwertbildung durch die Zusammensetzung aus Witterungssegmenten, bei dieser Art von TRY nicht berücksichtigt.

2.2.3.2 TRY sommer-fokussierter extremer Witterungsverhältnisse

TRY extremer Witterungsverhältnisse wurden für jede der 15 TRY-Klimaregionen erstellt, um heiz-, raumluft- und klimatechnische Anlagen auch für extreme Belastungen auslegen zu können 16. Es gibt dafür sowohl sommer- als auch winterfokussierte extreme TRY-Datensätze. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Erstellungsschema der TRY mittlerer Witterungsverhältnisse, besteht ein TRY extremer Witterungsverhältnisse aus einem real zusammenhängenden Jahr, wie es im Vergleichszeitraum vorgekommen ist. Eine Zusammensetzung aus einzelnen charakteristischen und repräsentativen Witterungssegmenten fand somit nicht statt. Auch für die Erstellung der extremen TRY wurde der Bezugszeitraum von 1988 bis 2007 gewählt und auf die stündlichen Messdaten der MIRAKEL- und der Landwirtschaftsdatenbank des DWD zurückgegriffen. Außerdem wurden fehlende Strahlungsmessdaten für die entsprechenden TRY-Klimaregionen analog dem Erstellungsschema der TRY mittlerer Witterungsverhältnisse (siehe Punkt 2.2.3.1), nach dem Berechnungsalgorithmus der VDI 3789-2 10 berechnet 17.

Im Fall eines sommer-fokussierten extremen TRY bilden die sechs Monate von April bis September den Halbjahreszeitraum, welcher ein Extrem darstellt. Der extreme Halbjahreszeitraum für ein winter-fokussiertes extremes TRY setzt sich aus den übrigen sechs Monaten von Oktober bis März zusammen. Sommer- und Winterhalbjahr wurden zusätzlich bezüglich ihres Extremverhaltens, durch den Einsatz jeweils spezifischer Indikatoren, getrennt betrachtet 17. Auf die winter-fokussierten extremen TRY wird jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen, da ausschließlich ein Vergleich zwischen den TRY mittlerer Witterungsverhältnisse und den sommer-fokussierten extremen TRY angestellt wird.

Nach der Wahl eines extremen Sommerhalbjahres, wurde das sommer-fokussierte extreme TRY durch die Hinzunahme der davor und danach liegenden Monate (Januar bis März und Oktober bis Dezember), welche bei der Auswahl jedoch keine Bedeutung hatten, zu einem ganzen Jahr ergänzt, da für simulationstechnische Untersuchungen meist ganzjährige, stündlich aufgelöste Wetterdatensätze benötigt werden. Sommer-fokussierte Extremjahre bestehen also aus einem kompletten Jahr, wobei das genannte Halbjahr (April bis September) dabei als Auswahlkriterium des betreffenden Jahres diente. Wenn also bspw. das Halbjahr „01.04.2006 bis 30.09.2006" den extremen Sommer bildet, so besteht der sommer-fokussierte extreme TRY-Datensatz aus dem Zeitraum 01.01.2006 bis 31.12.2006.

Im Projektbericht „Neue Testreferenzjahre“ 17 wird folgende Vorgehensweise als Ansatz für die Auswahl der extremen TRY beschrieben:

- „Die Reihen werden nicht aus Segmenten aufgebaut sondern durchgehend verwendet.
- Es werden nicht extreme Jahre identifiziert, sondern extreme Halbjahre (April bis September für das Sommer- und Oktober bis März für das Winterhalbjahr).
- Die Identifikationskriterien beinhalten parameterfreie Komponenten, d. h. es kommen nicht Standardabweichungen oder damit verbundenen Maße zum Einsatz, sondern Rangfolge-Maße wie Quantile.
- Mehrere Indikatoren werden zur Identifikation herangezogen. “ 6

Des Weiteren wird in 17 beschrieben, dass der Sommer 2003 (sog. Jahrhundert-/ Rekordsommer) eine extreme Temperaturanomalie darstellt, welche das langjährige Temperaturmittel sehr deutlich übersteigt. Mit einer errechneten Wiederkehrzeit von mehr als 450 Jahren ist ein solches Ereignis für die Gegenwart sehr unwahrscheinlich. „Aus diesem Grund wird im Rahmen der Erstellung extremer TestreferenzHalbjahre favorisiert, nicht das stärkste im durch Stundenmessdaten gut belegten Zeitraum auftretende Extremhalbjahr zu verwenden, sondern eines, das die extremen 10 % repräsentiert.“ 6 Eine Auslegung der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) auf Basis des absolut wärmsten Jahres wäre zudem nicht wirtschaftlich.

Für das zu wählende Sommerhalbjahr bildete, wie auch schon bei den TRY mittlerer Witterungsverhältnisse, ausschließlich die Lufttemperatur die wichtigste Atmosphäreneigenschaft. Aus ihr wurde eine Rangfolge der einzelnen Sommerhalbjahre für den Bezugszeitraum (1988 bis 2007 für Gegenwarts-TRY) festgelegt. Aus der Temperatur wurden dabei nach 17 verschiedene Indikatoren hergeleitet:

- „Absolutes Maximum.
- Perzentile 98, 95 und 90 der stündlichen Temperaturwerte. (Anm.: Ein Perzentil von bspw. 98 bedeutet, dass 98 % der stündlichen Temperaturwerte unterhalb dieses Grenzwertes liegen. Wenn also z. B. 36 °C das 98 %-Perzentil (P98) ist, liegen 98 % der stündlichen Temperaturwerte unter diesen 36 °C.)
- „Hitzewellen“, d. h. Anzahl der Perioden mit 1...20 Tagen Länge, in denen stationsabhängig eine Tageshöchsttemperatur von 26, 28, 30 oder 32 °C überschritten wurde. Zusatzindikatoren sind die Monatsmitteltemperatur und die Sonnenscheindauer, jeweils im September.“ 6⁶

Das Prinzip der Erstellung der sommer-fokussierten extremen TRY ist im Projektbericht „Neue Testreferenzjahre“ 17 wie folgt zusammengefasst:

- „Suche eines zusammenhängenden Zeitraums (keine Segmentierung) für jede TRJ-Region wie folgt:
- Bestimmung des 90 %-Perzentils der stündlichen Temperaturwerte T90.
- Berechnung des (regionsspezifischen) 95 %-Perzentils der Tageshöchsttemperatur Tx95 im Sommerhalbjahr (01.04. bis 30.09.).
- Bestimmung der Anzahl der Tage NTx95 in den Sommermonaten jedes Jahres 1993 bis 2007, an denen das errechnete Perzentil übertroffen wird.
- Erstellung der Rangfolge der Sommer 1993 bis 2007 für T90 und NTx95; gemeinsame Betrachtung beider Rangfolgen mit den Gewichten 0,7 (T90) und 0,3 (NTx95).
- Nutzung des Sommers mit der zweithöchsten Position in dieser kombinierten Rangfolge [...]. (Anm.: Eine Auslegung der TGA auf Basis des absolut wärmsten Jahres wäre nicht wirtschaftlich.)
- Ausgabe des vollständigen Jahres (01.01. bis 31.12.) in dem der so bestimmte Sommer liegt. “⁷

Die folgende Tabelle enthält die ausgewählten realen Referenzjahre für die sommer-fokussierten extremen TRY, getrennt für die 15 TRY-Klimaregionen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.2-3: Ausgewählte Referenzjahre für die sommer-fokussierten extremen TRY in den 15 Klimaregionen 16

Es fällt auf, dass lediglich fünf verschiedene Jahre (1992, 1994, 1995, 2003 und 2006) die Referenzjahre für die 15 Klimaregionen bilden. Das Jahr 2006 wurde acht Repräsentanzstationen bzw. TRY-Klimaregionen als Referenz für einen extrem warmen Sommer zugeordnet und ist damit am häufigsten vertreten.

Zusammenfassend sind TRY extremer Witterungsverhältnisse, aufgrund des im Voraus beschriebenen Erstellungsschemas, sehr gut zur Nutzung als äußere Klimarandbedingung in thermischen Gebäudesimulationen geeignet, wenn es darum geht raumklimatische Verhältnisse unter extremen äußeren Zuständen zu bewerten und heiz-, raumluft- und klimatechnische Anlagen für extreme Belastungen auszulegen. Meteorologische Zufälligkeiten eines bestimmten Jahres werden, aufgrund der Wahl von real zusammenhängenden Jahren, bei dieser Art von TRY berücksichtigt.

2.2.4 Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den TRY-Datensätzen

Der nachfolgende Vergleich bezieht sich ausschließlich auf die TRY mittlerer Witterungsverhältnisse und die sommer-fokussierten extremen TRY. Er soll Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den TRY-Datensätzen aufzeigen.

Bei beiden Arten der TRY-Datensätze wird in 15 TRY-Klimaregionen mit je einer Repräsentanzstation (siehe Tab. 2.2-1) unterschieden. Die Klimaregionen und die dazugehörigen Repräsentanzstationen unterscheiden sich dabei nicht. Beide Typen der Datensätze greifen außerdem auf dieselben Messdatenbanken (MIRAKEL- und Landwirtschaftsdatenbank des DWD) zurück, beziehen sich auf denselben Bezugszeitraum (Gegenwarts-TRY: 1988 - 2007, Zukunfts-TRY: 2021 - 2050) und umfassen einen kompletten Jahreszyklus (365 Tage), welcher am 01. Januar beginnt und am 31. Dezember endet. Die zuvor genannten Punkte sind wichtige Voraussetzungen für die Vergleichsrechnungen zwischen den mittleren und extremen Wetterdatensätzen, welche im Zuge dieser Arbeit durchgeführt wurden. Ohne diese Gemeinsamkeiten wären die Datensätze nicht objektiv miteinander vergleichbar.

Auch vom Aufbau, dem Datensatzformat, der Datenstruktur und den erfassten meteorologischen Parametern (siehe Punkt 2.2) unterscheiden sich die TRY- Datensätze nicht, was einen vereinfachten Import zur weiteren Verwendung in fachspezifischer Software ermöglicht. Das optionale Programmodul der TRY zur Abschätzung des Einflusses der städtischen Wärmeinsel (Stadteffekt) sowie der Höhenabhängigkeit von Lufttemperatur und Wasserdampfgehalt (Höhenkorrektur) ist zudem bei beiden Arten der TRY-Datensätze anwendbar. Auf dieses Modul wird jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen, da es für die zu klärenden Fragestellungen (siehe Punkt 1.2) nicht relevant ist.

Eine weitere Gemeinsamkeit besteht darin, dass sowohl für die TRY mittlerer Witterungsverhältnisse als auch die sommer-fokussierten extremen TRY ausschließlich die Lufttemperatur die wichtigste Atmosphäreneigenschaft darstellt, auf deren Grundlage die TRY-Datensätze zusammengestellt wurden 17. „Die Entwicklung der TRY durch den DWD war eindeutig auf Energiebedarfsberechnungen ausgerichtet, sodass die TRY hauptsächlich langjährige Mittelwerte der Außenluftenthalpie (Anm.: Bestimmung durch Außenlufttemperatur und Außenluftfeuchte) - und nur bedingt der Globalstrahlung - repräsentieren." 8 Durch die Nichtbeachtung der Globalstrahlung (Summe aus Direkt- und Diffusstrahlung) ergeben sich möglicherweise Unstimmigkeiten in thermisch-dynamischen Gebäudesimulationen, da es durchaus Tage geben kann, an denen die Lufttemperatur unterdurchschnittlich niedrig und die Direktstrahlung, aufgrund eines wolkenlosen Himmels, überdurchschnittlich hoch ist.

Die Unterschiede zwischen den beiden Arten der TRY-Datensätze sind vor allem durch die verschiedenen Erstellungsschemata (siehe Punkt 2.2.3) bedingt. TRY mittlerer Witterungsverhältnisse sind eine synthetische Aneinanderreihung von realen Witterungsabschnitten, welche langjährige monatliche und jahreszeitliche Mittel und Standardabweichungen der Klimaparameter am besten wiedergeben. Dies unterscheidet sie grundlegend von den TRY sommer-fokussierter extremer Witterungsverhältnisse, welche nicht aus einzelnen Witterungssegmenten zusammengesetzt wurden, sondern einen real zusammenhängenden Jahreszeitraum mit einem extrem warmen Sommerhalbjahr abbilden.

Durch diese verschiedenen Erstellungsschemata ist es durchaus denkbar, dass es Monate in bestimmten TRY-Klimaregionen gibt, in welchen die mittlere Außenlufttemperatur und die mittlere globale Solarstrahlung bei den normalen TRY höher liegen, als bei dem real zusammenhängenden Referenzjahr des sommerfokussierten extremen TRY. Würden die extremen TRY auch durch eine Aneinanderreihung von realen Witterungsabschnitten, welche jeweils Extreme abbilden, erstellt werden, würde diese Annahme einer möglichen Unstimmigkeit nicht bestehen. Diese möglicherweise vorhandenen Paradoxien wurden im Zuge dieser Arbeit, unter anderem mithilfe thermisch-dynamischer Gebäudesimulationen, untersucht.⁸

2.3 Thermisch-dynamische Gebäudesimulation

Thermische Gebäude- und Raumsimulationen spielen im Bauwesen, insbesondere in der Bauphysik, eine wichtige Rolle bei zahlreichen fachspezifischen Fragestellungen. Auch bei den durchgeführten Untersuchungen, welche dieser Arbeit zugrunde liegen, wurde auf thermisch-dynamische Gebäudesimulationen zurückgegriffen.

Die Grundlage einer thermisch-dynamischen Simulation ist ein digitales 3D-Modell des Gebäudes, dessen Räume entsprechend der geplanten Nutzung und haustechnischen Konditionierung mithilfe von Nutzungsprofilen zoniert werden. Zusätzlich zu dem zu untersuchenden Gebäude kann auch umliegende Bebauung oder Ähnliches modelliert werden, um Verschattungseinflüsse zu erfassen. Auch relevante bauphysikalische Eigenschaften, wie Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) und spezifische Wärmekapazitäten, werden den raum- und gebäudebegrenzenden Bauteilen zugeordnet um bspw. Wärmetransmissions- und Wärmespeichervorgänge hinreichend genau abzubilden. Dynamische Parameter des Gebäudebetriebs wie interne Wärmeeinträge, Nutzungszeiten, Luftwechselraten und ggf. Sonnenschutzvorrichtungen werden über Zeitpläne und Regelungsstrategien gesteuert. Meteorologische Datensätze - in den meisten Fällen TRY - bilden die äußeren Klimarandbedingungen, wie Außenlufttemperatur, Sonnenbestrahlungsstärke, relative Luftfeuchte, Bedeckungsgrad, Windrichtung und -geschwindigkeit.

2.3.1 Anwendung und Nutzen

Das Ziel von thermisch-dynamischen Gebäude- und Anlagensimulationen ist es, schon in frühen Planungs- und Leistungsphasen die Planungssicherheit, sowie den sommerlichen und winterlichen Komfort im Gebäude zu erhöhen. Da nahezu jedes Gebäude klimatisch einzigartig ist, lassen sich in den seltensten Fällen sinnvolle pauschale Aussagen zum thermischen Verhalten treffen, auf deren Grundlage die TGA ausgelegt werden könnte. Die Simulationen tragen dazu bei die Gebäude energetisch flexibler und behaglicher zu gestalten. Zudem können verschiedene bauliche und anlagentechnische Varianten, vor dem eigentlichen Bau oder der Sanierung des Gebäudes, virtuell am Computer simuliert werden. Dadurch ist es möglich, Einflüsse auf die Betriebs- und Investitionskosten, sowie das zu erwartende Raumklima, unter Einwirkung der äußeren Witterung (TRY), zu berechnen und ggf. zu optimieren.

Thermisch-dynamische Gebäudesimulationen betrachten Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen Entwurf, Konstruktion, Raumklima, Gebäudetechnik, Energieversorgung und nutzungsbedingten Einflüssen ganzheitlich und sind somit der getrennten Beurteilung einzelner Gewerke überlegen. Gegenüber der konventionellen Gebäudeplanung, welche auf gewerkebezogene Normen zurückgreift, bieten thermische Simulationen den Vorteil, ein realitätsnahes virtuelles ComputerModell zu erzeugen, welches dynamische Prozesse im Voraus abbildet. Dadurch haben alle an der Planung beteiligten Architekten, Ingenieure und Fachplaner die Möglichkeit, Konzepte und Ideen bereits in frühen Planungsphasen zu überprüfen bzw. prüfen zu lassen.

Nachfolgend werden die wichtigsten Anwendungsgebiete von thermischdynamischen Gebäudesimulationen aufgeführt:

- Ermittlung der zeitlichen Entwicklung der Raumtemperatur (Temperaturverlauf)
- Bewertung des Innenraumkomforts nach DIN 4108-2 1, DIN EN 15251 5, DGNB, BNB, und LEED
- Erstellung von Prognosen zur thermischen Behaglichkeit nach DIN EN ISO 7730 6; Ermittlung des PMV- und des PPD-Indexes
- Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 1; Ermittlung der Übertemperaturgradstunden und Überschreitungshäufigkeiten
- Berechnung des Jahres-Energiebedarfs, Erstellung von Monatsbilanzen
- Berechnung der Kühllast (ersetzt keine Kühllastermittlung nach VDI 2078 9)
- Prüfung und Optimierung von baulichen und anlagentechnischen Konzepten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden thermisch-dynamische Gebäude- bzw. Raumsimulationen durchgeführt, um die Übertemperaturgradstunden (siehe Punkt 2.6.2) nach DIN 4108-2 1 zu ermitteln. Es wurde untersucht, ob die Nutzung von sommerfokussierten extrem warmen TRY als äußere Klimarandbedingung immer zu höheren Übertemperaturgradstunden führt und damit den „Worst-Case" darstellt. Dadurch sollen Vergleiche zwischen den TRY-Datensätzen für mittlere und som- mer-fokussierte extreme Witterungsverhältnisse abgeleitet werden.

2.3.2 Simulationssoftware „IDA ICE“

Die thermisch-dynamischen Simulationen der untersuchten Referenzräume in dieser Arbeit wurden mit dem validierten⁹ Programm „IDA ICA" (Indoor Climate and Energy), Version 4.6.1 des schwedischen Softwareherstellers „EQUA Solutions" durchgeführt. IDA ICE ist eine Software zur thermisch-dynamischen und anlagengekoppelten Simulation mehrzoniger Gebäudemodelle.

2.4 Thermische Behaglichkeit

Die thermische Behaglichkeit ist eine der wichtigsten Größen für das menschliche Wohlbefinden. In der DIN EN ISO 7730 6 heißt es: „Thermische Behaglichkeit ist definiert als das Gefühl, das Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt. Unzufriedenheit kann durch Unbehagen des Körpers als Ganzes auf Grund der Einwirkung von Wärme oder Kälte [...] oder auch durch eine ungewollte Abkühlung (oder Erwärmung) eines bestimmten Körperteils verursacht werden.“ 10 Auch die menschliche Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit wird maßgeblich von dem thermischen Wohlbefinden beeinflusst. Für alle an der Planung Beteiligten sollte es somit das Ziel sein, behagliche Räumlichkeiten sicherzustellen. Eine durch baukonstruktive Planungsfehler bedingte unzureichende Behaglichkeit lässt sich oftmals nur mit einem zusätzlichen Einsatz haustechnischer Anlagen kompensieren. Damit sind meist erhöhte Investitions- und Betriebskosten verbunden.

Thermische Behaglichkeit wird im Wesentlichen durch das thermische Gleichgewicht des menschlichen Körpers bedingt 29. Die Wärmebilanz sollte nach Möglichkeit ausgeglichen sein, d. h. der menschliche Körper sollte die gleiche Menge an Wärmeenergie die er erzeugt auch wieder abgegeben können und umgekehrt (Wärmeerzeugung = Wärmeabgabe). Wenn dieses Gleichgewicht hergestellt ist, wird ein Zustand als „thermisch behaglich" empfunden. Ist dies nicht der Fall, wird ein Umfeld als „zu kalt" (Wärmeerzeugung < Wärmeabgabe) oder „zu warm" (Wärmeerzeugung > Wärmeabgabe) wahrgenommen. Dabei handelt es sich allerdings um subjektive Empfindungen, welche personenabhängig (physiologische und psychologische Einflüsse) sind. Das thermische Gleichgewicht „wird durch körperliche Tätigkeit und Bekleidung sowie durch die Parameter des Umgebungsklimas, das sind Lufttemperatur, mittlere Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte, beeinflusst. Sofern alle diese Faktoren berechnet werden, kann das Wärmeempfinden für den Körper als Ganzes vorausgesagt werden.“ 11 Auch durch Zugluft, hohe vertikale Temperaturunterschiede oder eine starke Asymmetrie der Strahlungstemperatur der Umgebungsflächen (bspw. große Fensterflächen) kann ein Unbehaglichkeitsempfinden hervorgerufen werden 29.

Ein Maß um thermische Behaglichkeit quantitativ zu erfassen und zu bewerten wird in der DIN EN ISO 7730 mit dem PMV-Index (Predicted Mean Vote) und dem PPD- Index (Predicted Percentage of Dissatisfied) definiert. Über den PMV-Index kann^{10 11} eine zu erwartende mittlere Komfortbeurteilung berechnet werden. Der PPD-Index hingegen gibt den zu erwartenden Prozentsatz Unzufriedener an. Eine weitere Möglichkeit thermische Behaglichkeit zu bewerten wird in der DIN EN 15251 5 beschrieben. Diese Norm beschreibt ein adaptives Komfortmodell, welches auf der Grundlage von gleitenden mittleren Außentemperaturen basiert. Dadurch wird berücksichtigt, dass das Behaglichkeitsempfinden in Abhängigkeit der Außenlufttemperatur variiert. Auf die zuvor genannten Beurteilungsansätze wird im Folgenden nicht näher eingegangen, da die Simulationsergebnisse dieser Arbeit ausschließlich nach den in der DIN 4108-2 1 definierten Übertemperaturgradstunden (siehe Punkt 2.6.2) bewertet wurden. Für weitere Informationen sei daher auf 5 und 6 verwiesen.

Die folgende Abbildung zeigt einen nach W. Frank 23 definierten Behaglichkeitsbereich bei sitzender Tätigkeit mit mittlerer Aktivität und entsprechend angepasster Bekleidung als Funktion der mittleren Oberflächentemperatur der raumumschließenden Flächen und der Raumlufttemperatur:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.4-1: Definition des Behaglichkeitsbereichs nach W. Frank [23]

Beim sommerlichen Wärmeschutz geht es im Wesentlichen darum die Innentemperaturen in den Sommermonaten, durch eine Minimierung der solaren Wärmeeinträge, in Abhängigkeit von der Sommerklimaregion (siehe Punkt 2.6.1) auf ein behagliches Maß von ca. 25 bis 27 °C (siehe Tab. 2.6-2) zu begrenzen. Dabei ist in den meisten Fällen die operative Temperatur die maßgebliche Bezugsgröße, um thermische Behaglichkeit zu quantifizieren.

2.5 Lufttemperatur, Strahlungstemperatur und operative Temperatur

Die gefühlte bzw. empfundene Temperatur, auf deren Grundlage sich thermische Behaglichkeit bewerten lässt, bezeichnet man als operative Temperatur. Sie setzt sich aus der Lufttemperatur und der Strahlungstemperatur (Oberflächentemperatur der raumumschließenden Flächen) zusammen. Dieser Zusammenhang ist auch in der Abb. 2.4-1 ersichtlich. Erhöhte Oberflächentemperaturen, bedingt durch niedrige U-Werte der Außenbauteile, können somit geringere Raumlufttemperaturen bezüglich der thermischen Behaglichkeit kompensieren. Andererseits können auch erhöhte Raumlufttemperaturen niedrigere Oberflächentemperaturen ausgleichen. Die Temperaturdifferenz zwischen Luft- und mittlerer Oberflächentemperatur sollte dabei allerdings nach Möglichkeit nicht größer als 3 K sein (siehe Abb. 2.4-1). Für die Raummitte ergibt sich die operative Temperatur rechnerisch näherungsweise als arithmetisches Mittel aus der Lufttemperatur und der mittleren Oberflächentemperatur aller raumumschließenden Flächen. Die Position der Person im Raum kann über flächengewichtet berechnete Strahlungstemperaturen sowie Sichtfaktoren berücksichtigt werden 29.

2.6 Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2:2013-02

Neben dem Mindestwärmeschutz, welcher Schäden infolge von Tauwasserausfall am Gebäude verhindern soll, und dem energiesparenden Wärmeschutz, welcher zur Energieeinsparung im Gebäudebereich beiträgt, gibt es auch den sog. sommerlichen Wärmeschutz. Dieser soll vor allem die thermische Behaglichkeit (siehe Punkt 2.4) in den Sommermonaten sicherstellen.

Nach der aktuell gültigen Energieeinsparverordnung (EnEV) 2014 15 ist für jedes neu zu errichtende Gebäude, egal ob Wohn- oder Nichtwohngebäude, der sommerliche Wärmeschutz nachzuweisen. In der EnEV §§ 3 und 4 heißt es dazu: „Zu errichtende Wohngebäude/Nichtwohngebäude sind so auszuführen, dass die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz [...] eingehalten werden.“ 12 Es wird diesbezüglich auf das Nachweisverfahren der DIN 4108-2 1 Abschnitt 8 verwiesen.

Die DIN 4108-2 definiert sich dabei wie folgt: „Durch Mindestanforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz [...] soll die sommerliche thermische Behaglichkeit in Aufenthaltsräumen sichergestellt und eine hohe Erwärmung der Aufenthaltsräume vermieden und der Energieeinsatz für Kühlung vermindert werden.“¹²

Ein wichtiger Aspekt des sommerlichen Wärmeschutzes ist neben der thermischen Behaglichkeit somit die Energieeinsparung. Durch bauliche Maßnahmen, wie konstruktive Verschattungseinrichtungen und Sonnenschutzgläser, soll der sommerliche Wärmeschutz bereits weitestgehend sichergestellt werden, sodass auf aktive Kühlsysteme bzw. -maßnahmen verzichtet werden kann. Anlagen zur Raumluftkühlung sollten nur in Sonderfällen, welche bspw. durch hohe interne Wärmelasten oder spezielle Nutzungen zu begründen sind, zum Einsatz kommen 1.

Der sommerliche Wärmeschutz exponierter Räume ist nach der DIN 4108-2 von folgenden Faktoren abhängig:

- Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) der transparenten Außenbauteile
- konstruktive Sonnenschutzvorrichtungen (FC-Wert)
- Fensterflächenanteil, -orientierung und -neigung
- Lüftung in Räumen (Luftwechselraten)
- Wärmekapazität (insbesondere der innen liegenden Bauteile)
- Wärmeleiteigenschaften der opaken (nichttransparenten) Außenbauteile

Ein Großteil der aufgeführten Parameter wurde im Laufe dieser Arbeit untersucht um einen möglichen Einfluss auf den Vergleich zwischen den TRY-Datensätzen mittlerer und sommer-fokussierter extremer Witterungsverhältnisse zu ermitteln.

Dem Planer stehen zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2 das Sonneneintragskennwerte-Verfahren (vereinfachtes Verfahren) oder alternativ thermisch-dynamische Simulationsrechnungen (siehe Punkt 2.3) zur Auswahl. Das Sonneneintragskennwerte-Verfahren ist zum Nachweis einfacher Räumlichkeiten ohne die Beachtung spezieller Klimakonzepte geeignet. Hierbei wird ein vorhandener Sonneneintragskennwert Svorh berechnet und mit einem maximal zulässigen Sonneneintragskennwert Szul verglichen. Da dieses vereinfachte und stationäre Verfahren jedoch nicht sehr spezifisch auf die unterschiedlichen Bauweisen und Klimakonzepte eingeht, enthält es viele Sicherheiten. Wenn die Anwendung des vereinfachten Verfahrens ausgeschlossen ist, ist zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes eine thermisch-dynamische Gebäude- bzw. Raumsimulation für ein Jahr auf Stundenbasis durchzuführen. Die DIN 4108-2 definiert hierzu einige Randbedingungen, welche verwendet werden müssen, um eine gewisse Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Simulationsberechnungen herstellen zu können. Die Bewertungskriterien bei thermisch-dynamischen Simulationsrechnungen sind dabei die sog. Übertemperaturgradstunden (siehe Punkt 2.6.2).

2.6.1 Sommerklimaregionen Deutschlands

Ähnlich der Einteilung Deutschlands in verschiedene TRY-Klimaregionen (siehe Punkt 2.2.2) unterteilt auch die DIN 4108-2 1 Deutschland. Wie die folgende Abbildung zeigt, gibt es dabei drei Sommerklimaregionen A, B und C:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.6-1: Grafische Darstellung der 3 Sommerklimaregionen Deutschlands 1

Es fällt auf, dass die DIN 4108-2 Deutschland nicht so fein unterteilt, wie dies durch die TRY-Klimaregionen gegeben ist. Die Sommerklimaregion A ist nach der DIN 4108-2 als „sommerkühl“, die Sommerklimaregion B als „gemäßigt" und die Sommerklimaregion C als „sommerheiß“ einzustufen. Diese Einteilung Deutschlands basiert auf dem Zusammenwirken der Lufttemperatur und der solaren Strahlung und dem daraus resultierenden sommerlichen Wärmeverhalten eines Gebäudes 1.

Die DIN 4108-2 schreibt in Abhängigkeit von der für das Gebäude zutreffenden Sommerklimaregion folgende Zuordnung der TRY-Datensätze als Klimarandbedingung bei thermischen Gebäudesimulationen vor:

- Sommerklimaregion A: TRY-Klimaregion 02 (mittlere Witterungsverhältnisse)
- Sommerklimaregion B: TRY-Klimaregion 04 (mittlere Witterungsverhältnisse)
- Sommerklimaregion C: TRY-Klimaregion 12 (mittlere Witterungsverhältnisse)

Unabhängig von dieser Zuordnung der drei TRY-Klimaregionen zu den Sommerklimaregionen, wurden im Zuge dieser Arbeit alle 15 TRY-Klimaregionen untersucht.

In der folgenden Tabelle wurden auch die restlichen TRY-Regionen den drei Sommerklimaregionen A, B und C zugeordnet. Wenn sich eine TRY-Klimaregion nicht eindeutig zuordnen ließ bzw. wenn es Überschneidungen mit mehreren Sommerklimaregionen gab, wurde die TRY-Klimaregion der Sommerklimaregion zugeordnet, mit der sie flächengewichtet die größten Übereinstimmungen aufweist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.6-1: Zuordnung der 15 TRY-Klimaregionen zu den 3 Sommerklimaregionen nach DIN 4108-2

2.6.2 Übertemperaturgradstunden

Ein Maß um thermische Behaglichkeit in Innenräumen objektiv zu bewerten und den sommerlichen Wärmeschutz quantitativ nachzuweisen wird in der DIN 4108-2 1 mit den sog. Übertemperaturgradstunden gegeben. Im Gegensatz zu den Überschreitungshäufigkeiten, welche das Bewertungskriterium der vorangegangen DIN 4108-2 in der Fassung von 2003 waren, berücksichtigen die Übertemperaturgradstunden nicht nur die Dauer sondern auch die Höhe der Temperaturüberschreitung der gewählten Bezugstemperatur 24. Es handelt sich dabei also um eine integrale Beurteilungsgröße. Die folgende Abbildung definiert die Übertemperaturgradstunden am Beispiel der Sommerklimaregion B mit einer entsprechenden Bezugstemperatur von 26 °C. Die grau gekennzeichneten Felder über der Bezugstemperatur von 26 °C stellen dabei die Übertemperaturgradstunden dar. Die rot gestrichelte Linie kennzeichnet dagegen die Überschreitungshäufigkeiten 28.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.6-2: Definition der Übertemperaturgradstunden am Beispiel der Bezugstemperatur 26 °C 28

Durch die Einheit der Übertemperaturgradstunden (Kelvinstunden [Kh]) wird der Zusammenhang von Dauer und Höhe der Temperaturüberschreitung bereits deutlich. Eine Übertemperaturgradstunde tritt auf, wenn die operative Temperatur im Raum für die Dauer von einer Stunde den zulässigen Bezugswert der Innentemperatur um genau 1 K überschreitet. Fünf Übertemperaturgradstunden können also bspw. entweder durch eine Temperaturüberschreitung von 5 K in einer Stunde oder durch eine jeweilige Temperaturüberschreitung von 1 K in fünf Stunden entstehen.

Die DIN 4108-2 gibt sowohl für Wohn- als auch Nichtwohngebäude maximale Grenzwerte für die Übertemperaturgradstunden, in Abhängigkeit der Sommerklimaregion (siehe Punkt 2.6.1) und dem dazugehörigen Bezugswert der Innentemperatur, vor. Eine Trennung zwischen Wohn- und Nichtwohngebäuden findet dabei statt, um in Abhängigkeit von der Nutzungsart die übliche Anwesenheitszeit (Wohnnut- zung: 24 h/d; Nichtwohnnutzung: Montag bis Freitag 07:00 bis 18:00 Uhr) als Bezugszeit für den zu bestimmenden Übertemperaturgradstundenwert zugrunde legen zu können 1. Des Weiteren können durch die Unterscheidung zwischen Wohn- und Nichtwohngebäuden spezifische Randparameter, wie bspw. interne Wärmeeinträge oder typische Luftwechselraten, jeweils besser erfasst werden. Die in der folgenden Tabelle angegebenen Anforderungswerte dürfen beim Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes, mittels einer thermisch-dynamischen Simulationsrechnung nach DIN 4108-2, im zu bewertenden Raum nicht überschritten werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.6-2: Zugrunde gelegte Bezugswerte der operativen Innentemperatur für die Sommerklimaregionen und Übertemperaturgradstundenanforderungswerte 1

Die DIN 4108-2 merkt zu der vorangegangen Tabelle Folgendes an: „Eine unterschiedliche Festlegung des Bezugswertes der operativen Innentemperatur ist wegen der Adaption des Menschen an das vorherrschende Außenklima gewählt. Würde in allen Regionen dieselbe Anforderung an das sommerliche Raumklima wie in der Sommerklimaregion A gestellt, könnte in den Sommerklimaregionen B und C keine für die Tageslichtbeleuchtung ausreichende Fenstergröße zugelassen werden. Die angegebenen Bezugswerte der operativen Innentemperaturen sind nicht im Sinne von zulässigen Höchstwerten für Innentemperaturen zu verstehen. Sie dürfen nutzungsabhängig in dem durch die Übertemperaturgradstundenanforderungswerte vorgegebenen Maß überschritten werden.“¹³

Hinweis: Die Simulationsergebnisse dieser Arbeit wurden nicht den Anforderungswerten der Übertemperaturgradstunden für Wohn- und Nichtwohngebäude (1200 und 500 Kh/a) nach DIN 4108-2 gegenübergestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ausschließlich geprüft, ob die Nutzung von sommer-fokussierten extremen TRY als äußere Klimarandbedingung bei thermischen Gebäudesimulation stets zu höheren Übertemperaturgradstunden führt, als bei der Nutzung von TRY mittlerer Witterungsverhältnisse. Es interessierten in diesem Fall also keine Absolutwerte, sondern vergleichende Differenzen.

2.7 Kühllastberechnung nach VDI 2078:2012-03

Falls bauliche Maßnahmen, wie konstruktive Verschattungseinrichtungen, Sonnenschutzgläser und eine Anpassung des Fensterflächenanteils nicht ausreichen um den sommerlichen Wärmeschutz und somit eine thermische Behaglichkeit in Räumen sicherzustellen, muss auf aktive Kühlsysteme zurückgegriffen werden. Um die Anlagen zur Raumkühlung entsprechend auslegen zu können, muss vom TGA- Planer die Kühllast nach der VDI 2078 9 berechnet werden. Die VDI 2078 in der Fassung von 2012 lag zum Zeitpunkt des Erstellens dieser Ausarbeitung ausschließlich als Entwurf vor, da sich die vorangegangene Richtlinie von 1996 8 in einer grundlegenden Überarbeitung befindet. Die folgenden Ausführungen beziehen sich dennoch auf den Entwurf von 2012.

Eine wesentliche Neuerung stellt die Ermittlung der Kühllast über eine dynamische Berechnung dar (siehe Punkt 2.7.2). Dadurch wird die Dynamik einer realen Situation besser erfasst. Das vereinfachte Berechnungsverfahren aus der vorherigen Richtlinie von 1996 8 wurde gestrichen. Des Weiteren wird in der neuen VDI 2078 nun auch auf Fragestellungen und Planungsansätze zur Ermittlung der Raumluft- und der operativen Temperatur in Räumen, zur Berücksichtigung von natürlicher Belüftung, zur Berücksichtigung verschiedener Betriebsweisen bzw. Regelstrategien und zur Berücksichtigung einer begrenzten Kühlleistung verwiesen 29.

Den Rechenkern für die Kühllastermittlung nach VDI 2078 bilden die drei Teile der VDI 6007. Im Blatt 1 11 wird ein Raummodell, im Blatt 2 12 ein Fenstermodell und im Blatt 3 13 ein Modell der solaren Einstrahlung beschrieben. Damit lassen sich für einen Raum verschiedene Berechnungen, wie Ermittlungen der Heiz- oder Kühllasten (konvektiver und strahlender Anteil, Flächenheizung oder -kühlung) und Berechnungen der Temperaturen (Raumlufttemperatur und operative Temperatur) durchführen. Die Rechenkerne der VDI 6007 können allerdings die gegenseitige dynamische Beeinflussung von aneinander angrenzenden Räumen nur unzureichend abbilden 29. In diesem Fall sind thermisch-dynamische Gebäudesimulationen (siehe Punkt 2.3) vorzuziehen. Für Auslegungsberechnungen von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen mittels thermisch-dynamischer Gebäudesimulationen sind nach der DIN 4710 2 extreme Wetterbedingungen (extreme TRY-Datensätze) zu berücksichtigen. „Diese Berechnungen sollen die derzeitigen standardisierten Extrembedingungen [...] im Sommer nach VDI 2078 nicht ersetzen, aber vergleichende Analysen erlauben. “¹⁴

2.7.1 Kühllastzonen Deutschlands

Ähnlich der Einteilung Deutschlands in verschiedene TRY-Klimaregionen (siehe Punkt 2.2.2) und Sommerklimaregionen nach DIN 4108-2 1 (siehe Punkt 2.6.1) unterteilt auch die VDI 2078 9 Deutschland. Wie die folgende Abbildung zeigt, gibt es dabei vier Kühllastzonen 1, (1a), 2, 3 und 4:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.7-1: Grafische Darstellung der 4 Kühllastzonen Deutschlands 9

Es fällt auf, dass die VDI 2078 Deutschland nicht so fein unterteilt, wie dies durch die TRY-Klimaregionen gegeben ist. Der Kühllastzone 1 ist nach der VDI 2078 der Referenzort „Rostock", der Kühllastzone 2 „Hamburg", der Kühllastzone 3 „Potsdam" und der Kühllastzone 4 „Mannheim" zuzuordnen. Diese Einteilung Deutschlands erfolgte nach den Methoden der Clusteranalyse unter Auswertung von 250 Messstationen (Zeitraum: 1951 bis 1970) und erfasst die Bereiche unterschiedlicher Kühllast und sommerlicher Temperaturen 9.

2.7.2 Cooling Design Period (CDP) und Cooling Design Day (CDD)

Die Kühllasten werden nach der VDI 2078 9 dynamisch und nicht periodisch oder eingeschwungen berechnet. Für Sonderfälle (z. B. für technologische Anlagen) kann jedoch abweichend zum aperiodischen Fall (Normalfall) der eingeschwungene Zustand berechnet werden. Für den aperiodischen Normalfall wird die Berechnung basierend auf einer sog. Cooling Design Period (CDP) durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine neunzehntägige Auslegungsperiode, welche sich aus einer vierzehntägigen Vorberechnung mit bedeckten und/oder bewölkten Tagen, einer viertägigen Anlaufberechnung mit sonnigen Tagen sowie ansteigender Außenlufttemperatur und einem sog. Cooling Design Day (CDD) mit sonnigen Bedingungen sowie maximaler Außenlufttemperatur zusammensetzt 9. Der CDD stellt den Auslegungstag dar, an dem die Kühllast ermittelt wird. Die folgende Abbildung zeigt dieses aperiodische Berechnungsprinzip noch einmal in einer Übersicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.7-2: Beispielhafter Tagesgang der Außenlufttemperatur während der CDP und am CDD 29

Die VDI 2078 gibt für die verschiedenen Berechnungsschritte Lufttemperaturen und Solarstrahlungen je nach Kühllastzone (siehe Punkt 2.7.1) und unter Berücksichtigung der Höhen- und Großstadtlage des Gebäudes für die Monate April bis September vor 29. Unter Punkt 4 werden diese Klimadaten der VDI 2078 hinsichtlich der Außenlufttemperaturen mit den TRY-Datensätzen verglichen.

3. Vergleich der TRY-Datensätze mittels simulierter Übertemperaturgradstunden

Im Mittelpunkt der Bearbeitung des Themas standen thermisch-dynamische Simulationen (siehe Punkt 2.3) einfacher Referenzräume, an welchen die Auswirkungen der Nutzung verschiedener TRY-Datensätze geprüft werden konnten. Dadurch konnten die Unterschiede in den Simulationsergebnissen, bedingt durch die verschiedenen TRY-Datensätze der einzelnen TRY-Klimaregionen, herausgearbeitet werden. Außerdem wurden diverse Simulationsvarianten untersucht, welche sich in den Randparametern der untersuchten Referenzräume (siehe Punkt 3.1.2) unterscheiden. So wurden bspw. zwei verschiedene Bauarten (leichte und schwere Bauweise) miteinander verglichen, um den Einfluss der thermischen Speichermasse (wirksame Wärmekapazität) zu erfassen. Weiterhin wurde der Einfluss des Fensterflächenanteils, der Fensterorientierung, der Glaseigenschaften (g-Wert) und der konstruktiven Verschattungseinrichtungen (FC-Wert) untersucht. Um die Auswirkungen der internen Wärmeeinträge und der Luftwechselraten auf die Simulationsergebnisse zu berücksichtigen, wurden die beiden Fälle „Büronutzung“ und „Wohn- nutzung“ einander gegenübergestellt.

Für alle 12 untersuchten Simulationsvarianten wurden, jeweils getrennt unter dem Ansatz der TRY-Datensätze mittlerer Witterungsverhältnisse und der TRY- Datensätze sommer-fokussierter extremer Witterungsverhältnisse als äußere Klimarandbedingung, die Übertemperaturgradstunden (siehe Punkt 2.6.2) monatsweise für die 15 TRY-Klimaregionen (siehe Punkt 2.2.2) ermittelt. Anschließend wurden diese Simulationsergebnisse ausgewertet und miteinander verglichen, um Schlussfolgerungen daraus zu ziehen und „Gesetzmäßigkeiten“ abzuleiten.

3.1 Simulationsbedingungen bzw. -grundlagen

Sämtliche thermisch-dynamischen Gebäude- bzw. Raumsimulationen dieser Arbeit wurden mit dem Programm IDA ICE, Version 4.6.1 (siehe Punkt 2.3.2) durchgeführt. Im Folgenden werden die Simulationsbedingungen und -grundlagen aufgeführt, welche dabei zugrunde lagen.

3.1.1 Referenzräume

Es wurden zwei Arten von Simulations-Referenzräumen (Büroraum, Wohnraum) untersucht, die sich jedoch geometrisch ausschließlich hinsichtlich der Fensterabmessungen und konstruktiv bezüglich der raum- bzw. gebäudebegrenzenden Bauteile unterscheiden. Die Abmessungen der Räume (Breite: 5,30 m; Tiefe: 4,16 m;

Raumhöhe: 3,00 m) unterscheiden sich nicht. In den folgenden beiden Abbildungen sind die untersuchten Referenzräume farbig hervorgehoben. Die Darstellungen zeigen, dass die Referenzräume umliegend bebaut sind und somit nur eine Fassadenfläche an den Außenraum grenzt. Für die umliegenden Räume wurde dieselbe Temperatur wie im Referenzraum (Oberflächentemperaturdifferenz: 0 K) angesetzt, sodass die Wärmetransmission an angrenzende Räume vernachlässigt wurde.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1-1: Perspektive, Ansicht und Grundriss des Büro-Referenzraums

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1-2: Perspektive, Ansicht und Grundriss des Wohn-Referenzraums

[...]

---

¹ Gesetz über den Deutschen Wetterdienst 14 § 4

² Internet: http://www.dwd.de/TRY (Stand 03.05.2015)

³ DIN 4710:2003-01 2, S. 15

⁴ Projektkurzbeschreibung - Aktualisierte und erweiterte Testreferenzjahre (TRY) von Deutschland für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse 18, S. 1

⁵ Projektbericht - Aktualisierte und erweiterte Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere, extreme und zukünftige Witterungsverhältnisse 17, S. 24

⁶ Projektbericht - Aktualisierte und erweiterte Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere, extreme und zukünftige Witterungsverhältnisse 17, S. 25

⁷ Projektbericht - Aktualisierte und erweiterte Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere, extreme und zukünftige Witterungsverhältnisse 17, S. 29

⁸ Zur Aussagekraft von Simulationsergebnissen auf Basis der Testreferenzjahre (TRY) 30, S. 100

⁹ siehe Internet: http://www.equa.se/de/ida-ice/validation-certifications (Stand 06.06.2015)

¹⁰ DIN EN ISO 7730:2006-05 6, S. 14

¹¹ Simulationsbasierte Bewertung sommerlicher Bedingungen in Gebäuden 29, S. 379

¹² EnEV 15 §§ 3 und 4 DIN 4108-2:2013-02 1, S. 4

¹³ DIN 4108-2:2013-02 1, S. 28

¹⁴ DIN 4710:2003-01 2, S. 9