| Zur Gebäudekühlung
können passive und hybride
Systeme ohne mechanische Hilfsmittel Einfluss auf
die Raumtemperatur nehmen. Die natürliche Lüftung, bauliche
Maßnahmen und Sonnenschutz kann man unter den passiven Systemen
zusammenfassen. |
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| Reduktion von Wärmelasten
- passive Systeme |
- Glasanteil
- Sonnenschutz
- Energiesparende Geräte
- Tageslichtnutzung
- Nachtlüftung
- Weißanstrich des Gebäudes
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Natürliche
Lüftung ist im mitteleuropäischen Raum
eine Möglichkeit der Gebäudekühlung. Hierbei können
über offene Fenster große Luftbewegungen erreicht werden.
Natürliche Lüftung ist abhängig von Lüftungsöffnungen
und Druckdifferenzen. Die Druckdifferenzen kommen durch Temperaturunterschiede
und Windanfall zustande. Daher ist es am effektivsten die Nachtstunden
zur Kühlung der Räume zu nutzen. Selbst im Hochsommer
an heißen Tagen kühlen die Nächte fast immer unter
20°C ab. Zwischen Innen- und Außenluft entsteht nun durch
das Abkühlen der Außenluft eine Druckdifferenz, die dafür
sorgt, dass kühle Luft in die Räume gelangt. |
| Die Regulierung
des Sonneneinfalls in das Gebäude ist eine der einfachsten,
günstigsten und wirkungsvollsten Methoden der Gebäudekühlung.
Durch die Vermeidung oder Verminderung der direkten Sonneneinstrahlung
kann die größte Kühllast begrenzt werden. Der Sonnenschutz
kann durch vorspringende Bauteile, Dachüberstände, starre
und bewegliche Sonnenschutzanlagen, Sonnenschutzgläser. |
| Bewegliche
Sonnenschutzvorrichtungen sind am besten geeignet. Am sinnvollsten
sind äußere, steuerbare Sonnenschutzanlagen, so z.B.
Jalousien, Markisen. |
| Richtige
Sonnenschutzgläser haben einen geringen Gesamtenergiedurchlassgrad
(g-Wert). Der g-Wert gibt an, wie viel Sonnenenergie über das
Glas ins Gebäudeinnere gelangt. Der g-Wert setzt sich zusammen
aus der Sonnenenergie im Wellenbereich zwischen 300 nm und 2500
nm von der der Anteil der Reflexion und der Anteil der Absorption
der Gläser abgezogen wird. Je größer der Reflexions-
und Absorptionsgrad ist, desto geringer ist die Energie, die in
den Innenraum gelangt. |
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Eine begrünte
Fassade kann einen aktiven Sonnenschutz bieten. Die Fassadenbegrünung
steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der energetischen Optimierung
des Gebäudes. Im Sommer soll die Fassade begrünt sein,
während das Sonnenlicht im Winter die Glasfassade ungehindert
passieren kann. Ein zweiter Effekt ist die Erzeugung von Verdunstungskälte
zur Verbesserung des Mikroklimas innerhalb des Gebäudes und
im unmittelbaren Gebäudeumfeld. Kletterpflanzen müssen
unter extremen Bedingungen in Pflanzkübeln wachsen können.
Hier soll sich der Blauregen (Wisteria sinensis) und Knöterich
am besten eignen. Efeu und Wilder Wein ist wegen der Saugwurzeln
an Glasfassaden nicht geeignet. |
| Auch die Begrünung von Dächern
hat ein großes Potenzial, durch Verdunstung die Oberflächentemperaturen
zu reduzieren und damit das Mikroklima innerhalb und um das Gebäude
zu verbessern. |
Auch helle
bzw. weiße Gebäudeanstriche können
die Häuser kühler halten. Dadurch könnte man mit
ca. 20 % weniger Energie für die Kühlung auskommen. Ein
gutes Beispiel sind die Gebäude in den südlichen Ländern. |
| Die rein passiven
Systeme zur Gebäudekühlung können in Wohnhäusern
auch im Hochsommer ein angenehmes Raumklima schaffen. Gerade für
in gemäßigten Klima ist keine Klimaanlage notwendig,
wenn man Kombinationen aus den verschieden Möglichkeiten der
passiven Kühlung nutzt. |
| Gewerblich
genutzten Gebäuden dagegen ist es nicht so einfach,
ein angenehmes Raumklima mit rein passiven Systemen zu erreichen,
da dort noch ein Wärmeeintrag aus anderen Wärmequellen
in die Raumluft stattfindet, der in Wohngebäuden wenig bis
gar nicht vorhanden ist. so z.B. Maschinen, Computer, Lampen. |
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| Natürliche Wärmesenken
- hybride Systeme |
- adiabatische Kühlung
- Erdwärmetauscher
- Luftbrunnen
- Grundwasser
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| Adiabate Abluftkühlung |
| In den Klimaanlagen kann Regenwasser
zur Kühlung des Gebäudes in den Sommermonaten verwendet.
Bei der adiabaten Abluftkühlung wird Wasser in den Abluftstrom
des Gebäudes versprüht und die Zuluft über einen
Wärmetauscher vorgekühlt. Bei der Verwendung von Regenwasser
anstelle von Trinkwasser in den Klimaanlagen wird zugleich Wasser
und Abwasser gespart. Wirkungsvoller ist das Einsprühen von
Wasseraerosolen oder über einen Flächenbefeuchter direkt
in die Zuluft. Dieser Prozess der Gebäudeklimatisierung ist
derart effektiv, dass noch bei Außentemperaturen von bis zu
30°C die Zuluft auf 21–22°C vorgekühlt werden
kann, ohne auf technisch erzeugte Kälte zurückgreifen
zu müssen.
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| Erdwärmetauscher
- Luft |
| Der Erdwärmetauscher
besteht aus Rohren, die nahezu horizontal im frostfreien Erdreich
verlegt werden. Dies ist rund um die Baugrube oder auch unter offenen
Flächen wie dem Garten möglich. Bei Einfamilienhäusern
beträgt die Länge maximal 30 bis 50 Meter. Die Aufenthaltsdauer
der Luft im Erdwärmetauscher ist entscheidend. Der Durchmesser
der Rohre beträgt 150-200 Millimeter. |
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| Der
Luftbrunnen ist keine neue Erfindung. Schon in der Antike wurden
solche Systeme hauptsächlich zur Kühlung von Gebäuden
in den heißen Gegenden eingesetzt. Er sorgt für eine
ökologische Kühlung des Gebäudes mit i.d.R. bis zu
16°C Einströmtemperatur (bei bis zu 30°C Außentemperatur). |
| Grundwasser |
| Betonkernaktivierung,
auch thermische Bauteilaktivierung genannt, bezeichnet
Systeme, die Gebäudemassen zur Temperaturregulierung nutzen.
Diese Systeme werden zur alleinigen oder ergänzenden Heizung
und Kühlung verwendet, indem Rohrleitungen (Kunststoffrohre)
in Massivdecken oder auch in Massivwänden verlegt werden, durch
die Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium fließt. Die gesamte
durchflossene Massivdecke bzw. -wand wird dabei als Übertragungs-
und Speichermasse thermisch aktiviert. |
| Eine
wichtige Eigenschaft ist, dass die aktivierten Bauteile über
ihre gesamte Fläche je nach Heiz- oder Kühlfall Wärme
aufnehmen oder abgeben. Aufgrund der vergleichsweise großen
Übertragungsfläche können die Systemtemperaturdifferenzen
niedrig gehalten werden, sodass das Medium nicht so stark erwärmt
werden muss wie beispielsweise das Wasser der Zentralheizung mit
Heizkörpern. Aufgrund dieser geringeren Vorlauftemperaturen
können zum Heizen z.B. Wärmepumpen effizient eingesetzt
werden. Zum Kühlen eignen sich Umweltenergien, wie freie Rückkühlung
über Flächenkollektoren, Grundwasserkühlung oder
auch Kaltwassersätze. |
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Verdunstungskühlung
(adiabatische Kühlung) |
Die meisten
indirekten Wärmeeinträge finden über
das Dach statt. Es ist immer sinnvoll, diese Wärme nicht in
ein Haus zu lassen. Auch die beste Außendämmung verhindert
das Eindringen von Wärme nicht, wenn sich z. B. die Dachfläche
stark aufheizt. Der Einsatz einer Verdunstungskühlung
(adiabatische Kühlung) ist hier eine Alternative zu
aufwendigen Kühlsystemen und kann mit einer natürlichen
Nachtlüftung kombiniert werden. |
Eine Dachberieselung
ist eine Art der Verdunstungskühlung auf Flachdächern.
Es ist möglich über Düsen auf dem Dach, das Dach
zu berieseln und so mit Wasser zu bedecken. Die Berieselung findet
in der Nacht statt. Tagsüber kann dieser Wasserfilm verdunsten,
wobei viel Wärmeenergie verbraucht wird, die somit das Gebäude
nicht aufheizen kann. |
Bei zirkulierenden
Wasserschichten wird Wasser über die Dachoberfläche
geleitet. Durch die Geschwindigkeit, die durch die Bewegung entsteht,
steigert sich der Verdunstungsprozess und damit auch die Kühlleistung.
Das Wasser wird in Zisternen gespeichert und zirkuliert
von da aus über ein Leitungssystem auf das Dach und kühlt
dieses ab. Das Wasser läuft in einem „geschlossenen“
Kreislauf über die Regenrinne zurück in die Zisterne.
Auch erwärmte Wasser kann noch genügend Kühlung erreichen.
Der Einsatz eines Erdkollektors kann das Zisternenwasser
abkühlen bzw. direkte in das Leitungssystem geleitet werden. |
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| Ein Dachteich ist
eine einfachere Lösung im Gegensatz zu der Berieselung oder zirkulierender
Wasserschichten. Hierbei werden Dachteiche auf Flachdächern installiert.
Diese müssen allerdings während des Tages beschattet werden,
z.B. durch eine bewegliche Dämmung, um eine Überhitzung
zu vermeiden. |
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Wird ein Luftstrom
in einem raumlufttechnischen Gerät durch Wasserzerstäubung
befeuchtet, kühlt sich die Luft bis zu 2,5 K ab. Der Zustandsverlauf
der adiabaten Kühlung läßt sich sehr einfach im
h-x-Diagramm nachvollziehen. |
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| Solare
Kühlung |
"Überschüssige“
Sonnenenergie kann zur Kühlung
von Gebäuden oder Geräten besonders in der heißen
Tageszeit genutzt werden. Die Solare Kühlung spart Strom und
hat im Gegensatz der solaren Heizung keine Speicherprobleme: Der
Kühlbedarf steigt und fällt im Verhältnis mit dem
Angebot an Sonnenenergie. |
Bei der solaren
Kühlung werden je nach Anwendung verschiedene Verfahren eingesetzt.
Kühlschränke können nach dem Prinzip der Wärmepumpe
oder nach thermoelektrischen Verfahren betrieben werden. Gebäude
und Räume werden gekühlt, indem man der warmen Raumluft
durch Adsorption an geeigneten Materialien Wasser entzieht und sie
damit kühlt (Verdunstungskälte). Damit die Adsorptionsmaterialien
wieder Feuchtigkeit aufnehmen können, werden sie durch Wärme
getrocknet, die der Sonnenkollektor liefert. Der gleiche Sonnenkollektor
kann also im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Heizungsunterstützung
eingesetzt werden. |
| Die solare
Kühlung wird auch zunehmend in Mitteleuropa eingesetzt. Ein
besonderer Einsatzbereich ist die "passive Gebäudekühlung".
In tropischen und subtropischen Gegenden wird die solare Klimatisierung
schon länger eingesetzt. |
Unter dem Motto
"Helfen statt Haben" engagieren sich Schüler und
Lehrer der Staatlichen Berufsschule Altötting seit Ende der
siebziger Jahre in verschiedenen erfolgreichen Entwicklungshilfeprojekten,
so entwickelten sie einen Sorptions-Kühlschrank. |
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| Transparente
Wärmedämmung (TWD) |
In
unserem Klima ist nur die transparente Wärmedämmung (TWD)
von energetischer Bedeutung. Dabei ist die Einstrahlung auf eine
Außenwand eine Form der passiven Sonnenenergienutzung. |
Eine
Außenwand mit einer transparenten Wärmedämmung (TWD)
erreicht eine positive Energiebilanz. Diese arbeitet nach folgendem
Prinzip: |
Das
Sonnenlicht durchdringt eine Glasscheibe und die transparente Wärmedämmung
und wir an einer dahinter liegenden schwarzen Wand von kurzwelliger
in langwellige Strahlung umgewandelt. Die Wand erwärmt sich.
Diese Wärme gelangt langsam durch die Wand an deren Innenseite.
Die Wandtemperatur steigt über 20 °C und wirkt wie eine
Flächenheizung. Diese „Heizung“ wird durch Verschattungseinrichtungen
geregelt. Vor allem im Sommer ist eine Verschattung und
Hinterlüftung dieser Konstruktion notwendig und die
Südwand wird kühl gehalten. Durch einen erhöhten
Luftwechsel in den Nachtstunden (Nachtkühlung)
kann die Masse der TWD-Wand tagsüber zur passiven Raumlufttemperaturkühlung
in den Sommermonaten verwendet werden. |
Die
Systeme zur transparenten Wärmedämmung haben sich in Großprojekten
bewährt, ist aber wegen der relativ hohen Investititionskosten
(vor allem bedingt durch die erforderliche Verschattungseinrichtung)
nicht sehr verbreitet. Entwicklungen dieser Bauelemente zur passiven
Sonnenenergienutzung haben vor allem die Reduzierung der Kosten
zum Ziel, so durch die Verwendung günstiger Materialien (Wabenstrukturen
aus Pappe, Abdeckung durch transparente Kunststoffe) oder andere
Ansätze wie die Anreicherung von Putzen durch transparente
Zusätze, so genannte Aerogele. |
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Natürliche
und mechanische Nachtlüftung |
Das Klima in
Mittel- und Nordeuropa (einige Regionen ausgenommen)
bietet gute Voraussetzungen für die passive Kühlung
mit natürlicher und mechanischer Lüftung, weil auch während
der heißesten Sommertage die Nächte unter 20°C abkühlen.
Auch der Einsatz eines Erdwärmetauschers
oder ein Luftbrunnen kann die
Außentemperatur absenken. Mit diesen Temperaturen können
bei richtigen Rahmenbedingungen die Wärmelasten des Tages abgeführt
werden. |
Die wichtigsten
Rahmenbedingungen sind: |
- Begrenzung der Wärmelasten
- Kühllasten (Summe aus internen und externen Lasten)
- Speichermasse im Gebäudeinneren
- Ein auf die Nachtlüftung abgestimmtes
Lüftungskonzept
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Da bei diesem
Lüftungskonzept die Wärme überwiegend
nur nachts abgeführt werden kann, muss vor allem die Überwärmung
der Räume tagsüber vermieden werden. Dazu ist die Reduktion
der Wärmelasten auf ein möglichst geringen Wert eine wichtige
Voraussetzung (passive Gebäudekühlung). Ergibt die Summe
aus internen und externen Lasten max. 150 Wh/m²d,
so kann man davon ausgehen, dass diese Lasten durch eine Nachtlüftung
abgeführt werden können. |
Bei der natürlichen
Lüftung werden Lüftungsöffnungen und Druckdifferenzen
zwischen innen und außen benötigt. Eine Thermik über
mehrere Geschosse (z. B. Treppenhaus, Wohngalerie) kann hilfreich
sein. Der thermische Auftrieb wird nur dann wirksam, wenn die Raumluft
wärmer ist als die Außenluft bzw. eine Druckdifferenz
durch den Windanfall erzeugt wird. Es können Luftwechselraten
von über 10 h-1 erreicht werden. Der große
Vorteil bei der natürlichen Lüftung liegt im ausreichender
Luftaustausch bei geringen Betriebskosten. Natürlich müssen
die Lüftungsöffnungen am Tage geschlossen sein. |
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Der „Qua’a“
ist ein zentraler Raum im Obergeschoss, der dem Gästeempfang
dient. Traditionell setzt er sich aus drei ineinander übergehenden
Räumen zusammen: Einem geschlossenen, höher gelegenen
Nischen, den Iwanen. Dieses Raumsystem bildet einen geschlossenen
Kreislauf für die zirkulierende Luft, die im Innenhof durch
den Springbrunnen weiter abgekühlt wird. Die heißer werdende
Luft steigt in einem hohen Turm, dem „Shuksheika“, auf
und kann dort über Lüftungsklappen, den „Mashrabiya“,
austreten. Im Winter können die Öffnungen geschlossen
werden, um die warme Luft im Innenbereich zu halten. Quelle:
ARCHITEKT HASSAN FATHY - lrz-muenchen.de |
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