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Komfortbänder für die Behaglichkeit

Die international anerkannte Bestimmung der thermischen Behaglichkeit folgt [Fanger 1970] und ist in [ISO 7730] festgelegt. Das mittlere vorausbestimmte Votum (PMV „predicted mean-vote“, Tabelle 1) bestimmt sich dabei als Abweichung der mit den am Messort herrschenden thermischen Kenngrößen berechneten Oberflächenenergiebilanz des Organismus von der der Tätigkeit und Kleidung entsprechenden Wärmeabgabe (Metabolismus) der Person.

Tabelle 1 Mean Vote (MV, mittleres Votum) mit der definierenden Bestimmung

+3 hot zu warm
+2 warm warm
+1 slightly warm etwas warm
0 neutral neutral
-1 slightly cool etwas kühl
-2 cool kühl
-3 cold kalt

Die Berechnung der Wärmeströme folgt dabei den anerkannten Regeln der Bauphysik; berücksichtigt werden konvektiver Wärmeübergang, langwellige Strahlung, Verdunstung, sensible Wärme und latente Wärme der Atmung. Die Abbildungen illustrieren die Vorgänge, führen die zugehörigen Gleichungen auf und zeigen die Werte für ein Beispiel.

Abbildung 1 Fühlbare Wärmeabgabe des menschlichen Organismus an die wärmestrahlende Umgebung (rm) und konvektiv an die Umgebungsluft (e). (Zahlenwerte: ein Beispiel bei typischer Winterkleidung und sitzender Tätigkeit)
Abbildung 2 Latente Wärmeabgabe des menschlichen Organismus an die Umgebungsluft mit Wasserdampfpartialdruck pa. (Zahlenwerte: ein Beispiel bei typischer Winterkleidung und sitzender Tätigkeit)

Wo liegen die Grenzen?

Es stellt sich heraus, dass die mittlere Bewertung PMV = +1 gerade bei einer Überschreitung der vom Organismus abzugebenden Wärme gegenüber dem Gleichgewichtswärmestrom an die Umgebung von etwa 25% abgegeben wird; diesem Votum entspricht (unter ansonsten gleichen Randbedingungen) in etwa einer Abweichung der operativen Temperatur von 3,6 K und ist mit einer Unzufriedenheitsrate (ppd 'percentage persons dissatisfied') von 25% verbunden. Eine so hohe Unzufriedenheit würde übrigens in den meisten Fällen nicht mehr toleriert werden.

Die neutrale Bewertung (PMV = 0) entspricht exakt dem Gleichgewicht und damit der optimal möglichen Behaglichkeit; allerdings verbleiben auch dann immer noch mindestens 5% Unzufriedene1).

In der Norm werden drei Komfortklassen definiert: „Komfortklasse A“ mit einem PMV von 0,22 (entsprechend bei sonst gleichen Bedingungen einer Temperaturabweichung von rund 0,8 bis 1 K gegenüber dem optimalen Klima), bei der die Unzufriedenheitsrate unter 6% bleibt. Messbar „besser“ geht praktisch gar nicht, denn unter 5% Unzufriedenheit ist ja ohnehin nicht erreichbar. Vor diesem Hintergrund sind Über- und Unterschreitungen des Optimums um so etwa 1 Grad als überall akzeptabel anzusehen - und dies wird dann von den meisten Personen gar nicht wahrgenommen.

„Komfortklasse B“ mit einem PMV von 0,35 (entsprechend 1,27 K Abweichung) und ppd=7.5%.

Sowie „Komfortklasse C“ mit PMV=0,5 (entsprechend maximal 1,82 K Abweichung) und ppd=10%. Das ist die heute üblicherweise z.B. bei einem von Fachleuten begutachteten Rechtsstreit gültige Grenze, wenn zwischen Planer und Baufamilie nicht etwas anderes explizit vereinbart wurde.

Für die Analyse der Behaglichkeit in einem Wohngebäude gehen wir hier davon aus, dass Personen überwiegend sitzende Tätigkeiten ausführen2): Dafür ist der Ansatz gemäß Fanger und der Norm ein Metabolismus von M=1,2 met (entsprechend ca. 70 W/m² Körperoberfläche)).

Der zweite individuelle Einfluss ist durch die Kleidung gegeben. Diese entspricht in der Regel den gesellschaftlichen Konventionen der jeweiligen Kultur und Zeit – die Bereitschaft, Kleidung gemäß der Witterung zu ändern hat in den vergangenen Jahrzehnten auf Grund der immer besseren Beheizung und Kühlung sowohl im privaten (jeder Neuwagen ist heute klimatisiert) als auch im öffentlichen Raum (öffentliche Verkehrsmittel werden heute überwiegend klimatisiert) abgenommen. Es gibt noch einen gewissen Unterschied zwischen typischer Winter- und Sommerkleidung: Wir dokumentieren die hier getroffenen Annahmen dazu in Tabelle 2. Durch höhere Bereitschaft der Anpassung von Kleidung könnten die Parameter zur Behaglichkeit spürbar mehr an die jeweiligen Jahreszeiten angepasst werden – das setzt aber eine gesellschaftliche Akzeptanz voraus 3).

Tabelle 2 Angepasste Kleidung für Winter/Übergangs- und Sommerperiode

Periode im Jahr Typische gesellschaftliche Kleidungs-Konvention / [clo] Charakteristika
Winter 1,09 Lange Strümpfe, Standard-Unterwäsche, warme Hose, Rollkragenpullover, ärmellose Weste
Übergangsjahreszeit 0,88 Socken, Unterwäsche, normale Hose, Rollkragenpullover
Sommer 0,62 Socken, kein Unterhemd, leichte Hose, kurzärmeliges leichtes Hemd

Einige Parameter in der Fanger‘schen Komfortgleichung lassen sich in modernen Wohnungen auf der Basis anderer Anforderungen bestimmen: Z.B. die relative Feuchte4) auf Basis hygienischer Grenzen (kleiner als 65% wg. Sicherheit bzgl. Schimmel) und physiologischer Optima (Schleimhäute: größer als 35%); der Einfluss ist andererseits in diesem Intervall und bei den hier in Betracht kommenden Temperaturen nicht hoch, wir haben daher mit 40% gerechnet. Die Luftgeschwindigkeit v muss definitiv unter den steil ansteigenden Grenzen der Zugempfindung gehalten werden: In einem vernünftige gedämmten Gebäude5) ist das leicht möglich, v=0,05 m/s liegt bei 0% Zugluftrisiko unter allen bei traditionellen Gebäuden gegebenen Randbedingungen und dieser Wert ist im Aufenthaltsbereich eines EnerPHit-Gebäudes6) einhaltbar.

Zudem kann im EnerPHit-Gebäude davon ausgegangen werden, dass Strahlungstemperatur und Lufttemperatur sich nur sehr wenig unterscheiden. Diese Tatsache wurde im Passivhaus regelmäßig durch Messungen bestätigt – eine Ausnahme bilden auch hier Zeiträume mit vom Nutzer gewünschten extensiven Nachtlüftungen.

Ergebnisse für die Bereiche mit bestmöglichem Komfort

Abbildung 3 zeigt die für alle Jahreszeiten mit den heute typischen Kleidungsgewohnheiten7) ermittelten optimalen thermischen Behaglichkeitsbedingungen (hellgrün) sowie die Grenzen der Bereiche von Komfortklasse A sowie Komfortklasse C.

Abbildung 3 Komfortbänder der thermischen Behaglichkeit für die Jahreszeiten (Mitteleuropa, jeweils der Jahreszeit entsprechend gekleidete Personen, Bekleidungskennwert (in cloth) im Diagramm angegeben). Für den Heizbetrieb wurde das A-Band hervorgehoben (höchste Komfortklasse), für die Übergangszeit und den Sommerbetrieb das C-Band (allgemein geforderte Komfortklasse). Der hellgrüne Bereich steht für das Optimum (Klasse A).


1)
Dass es immer Unzufriedene gibt, überrascht nur auf den ersten Blick: Einmal sind die individuellen Gewohnheiten tatsächlich unterschiedlich. Zum anderen ist uns auch aus anderen Bereichen durchaus geläufig, dass ein Teil der Menschen „immer“ unzufrieden ist - nur in Unterdrückungs-Regimen gehen Wahlen mit z.B. 98% „Ja-Stimmen“ aus.
2)
abgesehen von der Nachtruhe, die gesondert behandelt werden muss, da die Behaglichkeit dabei im Wesentlichen von der Ausstattung der Schlafstätte abhängt [AkkP 25]
3)
z.B. Tragen von Shorts auch für männliche Personen im Sommer – hier wurde immer noch von langen, wenn auch leichten Hosen ausgegangen
4)
und damit der Wasserdampf-Partialdruck im Raum
5)
Passivhaus oder EnerPHit
6)
außer wenn etwas anderes gewollt ist, wie z.B. bei ausgiebiger Nachtlüftung durch den Nutzer
7)
in Mitteleuropa
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