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grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waermebruecken:wbberechnung:erdreich:eigenschaften [2015/04/11 13:52] gwartgrundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waermebruecken:wbberechnung:erdreich:eigenschaften [2022/01/20 13:20] (aktuell) – [Weiterführende Literatur] yaling.hsiao@passiv.de
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 Die Wärmespeicherfähigkeit eines Stoffs wird in der  Bauphysik durch die spezifische Wärmekapazität c angegeben. Sie definiert die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Kilogramm eines Materials um ein Kelvin zu erhöhen. Das bedeutet, dass Materialien eine gewisse Wärmemenge aufnehmen und wieder abgeben können, abhängig von den zeitlichen Änderungen der anliegenden Temperatur. Die Gebäudehülle weist eine von ihrer Masse abhängige thermische Trägheit auf. Eine Außenwand, die tagsüber Wärme aufnimmt, gibt diese bei kühleren Temperaturen wieder ab. Je größer die Masse der Außenwand ist, desto länger dauert der Auflade- bzw. Entladevorgang. Für die meisten Bauteile ist dieses Zeitintervall relativ klein. Werden längere Zeiträume betrachtet, wie beim Monatsverfahren, mittelt sich der Effekt heraus, da gleichviele Aufladephasen wie Entladephasen vorhanden sind. Somit ist eine stationäre Betrachtung der Wärmeströme durchaus ausreichend. Bei erdberührten Bauteilen ist dies nicht mehr der Fall. Folgende Abbildung zeigt den Temperaturverlauf im Erdreich in Abhängigkeit von der Außentemperatur:   Die Wärmespeicherfähigkeit eines Stoffs wird in der  Bauphysik durch die spezifische Wärmekapazität c angegeben. Sie definiert die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Kilogramm eines Materials um ein Kelvin zu erhöhen. Das bedeutet, dass Materialien eine gewisse Wärmemenge aufnehmen und wieder abgeben können, abhängig von den zeitlichen Änderungen der anliegenden Temperatur. Die Gebäudehülle weist eine von ihrer Masse abhängige thermische Trägheit auf. Eine Außenwand, die tagsüber Wärme aufnimmt, gibt diese bei kühleren Temperaturen wieder ab. Je größer die Masse der Außenwand ist, desto länger dauert der Auflade- bzw. Entladevorgang. Für die meisten Bauteile ist dieses Zeitintervall relativ klein. Werden längere Zeiträume betrachtet, wie beim Monatsverfahren, mittelt sich der Effekt heraus, da gleichviele Aufladephasen wie Entladephasen vorhanden sind. Somit ist eine stationäre Betrachtung der Wärmeströme durchaus ausreichend. Bei erdberührten Bauteilen ist dies nicht mehr der Fall. Folgende Abbildung zeigt den Temperaturverlauf im Erdreich in Abhängigkeit von der Außentemperatur:  
  
-{{ :picopen:erdreichtemp.jpg?nolink&600 |}}+{{ :picopen:erdreichtemp.jpg?600 |}}
  
 Die Amplituden der sinusförmigen Temperaturverläufe nehmen mit zunehmender Erdreich-Tiefe deutlich ab. Gleichzeitig findet eine Phasenverschiebung statt, so dass Temperaturspitzen der Außenluft erst viel später in tieferen Regionen ankommen. Die Amplitudenspitze des abgebildeten Testreferenzjahres von 21,5 °C (am 21.07) wirkt sich in 5 m Tiefe erst 91 Tage später aus. Dort beträgt die Spitzentemperatur am 20.10 nur noch 13,1 °C. In zunehmender Tiefe stellt sich eine fast gleichbleibende Temperatur in Höhe der Jahresmitteltemperatur ein. Die hohen Phasenverschiebungen lassen eine rein stationäre Betrachtung der Transmissionswärmeverluste für das Monatsverfahren nicht mehr zu, da sich die Auflade- bzw. Entladevorgänge über mehrere Monate strecken können. Daher ist bei der Berechnung von Wärmeverlusten durch das Erdreich die Wärmespeicherung im Erdreich und die dadurch verursachte Dämpfung und Phasenverschiebung der Erdreichtemperatur unter der Bodenplatte gegenüber der Außentemperatur von Bedeutung.  Die Amplituden der sinusförmigen Temperaturverläufe nehmen mit zunehmender Erdreich-Tiefe deutlich ab. Gleichzeitig findet eine Phasenverschiebung statt, so dass Temperaturspitzen der Außenluft erst viel später in tieferen Regionen ankommen. Die Amplitudenspitze des abgebildeten Testreferenzjahres von 21,5 °C (am 21.07) wirkt sich in 5 m Tiefe erst 91 Tage später aus. Dort beträgt die Spitzentemperatur am 20.10 nur noch 13,1 °C. In zunehmender Tiefe stellt sich eine fast gleichbleibende Temperatur in Höhe der Jahresmitteltemperatur ein. Die hohen Phasenverschiebungen lassen eine rein stationäre Betrachtung der Transmissionswärmeverluste für das Monatsverfahren nicht mehr zu, da sich die Auflade- bzw. Entladevorgänge über mehrere Monate strecken können. Daher ist bei der Berechnung von Wärmeverlusten durch das Erdreich die Wärmespeicherung im Erdreich und die dadurch verursachte Dämpfung und Phasenverschiebung der Erdreichtemperatur unter der Bodenplatte gegenüber der Außentemperatur von Bedeutung. 
  
-{{ :picopen:superpositionsprinzip_erdreich.jpg?nolink&600 |}}+{{ :picopen:superpositionsprinzip_erdreich.jpg?600 |}} 
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 +Im [[planung:energieeffizienz_ist_berechenbar:energiebilanzen_mit_dem_phpp|PHPP]] wird durch das Superpositionsprinzip die Problematik aufgeteilt. Der sinusförmige Verlauf des Wärmestroms wird aufgeteilt in eine stationäre $L_s$ und eine harmonische Komponente $L_{pe}$. Beide Anteile können im PHPP jeweils durch längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten korrigiert werden. Im Gegensatz zu $L_s$  muss $L_{pe}$ durch einen harmonischen längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten korrigiert werden, der durch eine instationäre Simulation zu ermitteln ist. Vereinfacht kann dieser jedoch auch mit dem stationären Ψ-Wert gleichgesetzt werden. 
 + 
 +=== Beispielvideo einer zweidimensionalen instationären Betrachtung verschiedener Bodenplatten  === 
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 +Das Video zeigt den Verlauf der Temperaturen unter der Bodenplatte eines Gebäudes für drei verschiedene Fälle: 
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 +  - Einfache Bodendämmung, d.h. Bodenplatte mit Wärmedämmung unterseitig 
 +  - Dämmschürze, d.h. Bodenplatte ohne Wärmedämmung, aber mit einem Streifen Wärmedämmung rund um das Gebäude 
 +  - Ohne Dämmung  
 +Parallel wird der Zeitverlauf des Wärmeverlustes durch die drei Bodenplattentypen dargestellt.  
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 +{{ youtube>uaiEk7nnaeg?large }} 
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 +**Weiterführende Literatur zum Thema Dämmschürzen:** 
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 +**[AkkP 48]** Einsatz von Passivhaustechnologien bei der Modernisierung von Nichtwohngebäuden / Wärmeverluste zum Erdreich ; Protokollband Nr. 48 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2012 [[https://shop.passivehouse.com/de/products/48-einsatz-von-passivhaustechnologien-bei-der-modernisierung-von-nichtwohngebauden-66/|Link zur PHI Publikation]] 
  
-Im PHPP wird durch das Superpositionsprinzip die Problematik aufgeteilt. Der sinusförmige Verlauf des Wärmestroms wird aufgeteilt in eine stationäre $L_s$ und eine harmonische Komponente $L_{pe}$. Beide Anteile können im PHPP jeweils durch längenbezogene Wärmedurchgangskoeffizienten korrigiert werden. Im Gegensatz zu $L_s$  muss $L_{pe}$ durch einen harmonischen längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten korrigiert werden, der durch eine instationäre Simulation zu ermitteln ist. Vereinfacht kann dieser jedoch auch mit dem stationären Ψ-Wert gleichgesetzt werden. 
  
 ===== Instationäre oder stationäre Ψ-Werte? ===== ===== Instationäre oder stationäre Ψ-Werte? =====
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 Bei der Berechnung von Wärmebrücken im erdberührten Bereich reicht in zahlreichen Fällen eine stationäre Näherung aus und es kann auf eine dynamische Simulation verzichtet werden. Dynamische Simulationen liefern zwar genauere Ergebnisse, es entsteht aber auch zusätzlicher Aufwand. Darüber hinaus ist die zu erwartende Genauigkeit einer zwei- oder drei­dimensionalen instationären numerischen Berechnung aufgrund der meist nur ungenau bekannten thermischen Eigenschaften des Erdreichs nicht so hoch, dass dieser zusätzliche Aufwand (außer bei Groß- oder Forschungsprojekten) auch gerechtfertigt wäre. Vielfach werden daher die stationär ermittelten Ψ-Werte auch als harmonische Ψ-Werte verwendet (vgl. das Blatt Erdreich im [[planung:energieeffizienz_ist_berechenbar:energiebilanzen_mit_dem_phpp|PHPP]]). Für erdberührte Wärmebrücken, die sich weit von der Erdoberfläche entfernt befinden, wird diese Annahme jedoch meist recht pessimistisch sein. Ob sich eine zeitabhängige Berechnung lohnt, lässt sich leicht feststellen, indem man im [[planung:energieeffizienz_ist_berechenbar:energiebilanzen_mit_dem_phpp|PHPP]] den harmonischen Ψ-Wert einmal gleich dem stationären Ψ-Wert und einmal gleich Null setzt, und den Einfluss auf das Endergebnis betrachtet. Auch bezüglich der Oberflächentemperaturen kann eine stationäre Berechnung unter den unten angegebenen Randbedingungen zu pessimistische Ergebnisse liefern. Bei der Berechnung von Wärmebrücken im erdberührten Bereich reicht in zahlreichen Fällen eine stationäre Näherung aus und es kann auf eine dynamische Simulation verzichtet werden. Dynamische Simulationen liefern zwar genauere Ergebnisse, es entsteht aber auch zusätzlicher Aufwand. Darüber hinaus ist die zu erwartende Genauigkeit einer zwei- oder drei­dimensionalen instationären numerischen Berechnung aufgrund der meist nur ungenau bekannten thermischen Eigenschaften des Erdreichs nicht so hoch, dass dieser zusätzliche Aufwand (außer bei Groß- oder Forschungsprojekten) auch gerechtfertigt wäre. Vielfach werden daher die stationär ermittelten Ψ-Werte auch als harmonische Ψ-Werte verwendet (vgl. das Blatt Erdreich im [[planung:energieeffizienz_ist_berechenbar:energiebilanzen_mit_dem_phpp|PHPP]]). Für erdberührte Wärmebrücken, die sich weit von der Erdoberfläche entfernt befinden, wird diese Annahme jedoch meist recht pessimistisch sein. Ob sich eine zeitabhängige Berechnung lohnt, lässt sich leicht feststellen, indem man im [[planung:energieeffizienz_ist_berechenbar:energiebilanzen_mit_dem_phpp|PHPP]] den harmonischen Ψ-Wert einmal gleich dem stationären Ψ-Wert und einmal gleich Null setzt, und den Einfluss auf das Endergebnis betrachtet. Auch bezüglich der Oberflächentemperaturen kann eine stationäre Berechnung unter den unten angegebenen Randbedingungen zu pessimistische Ergebnisse liefern.
  
-==== Weiterführende Literatur bezüglich der Vorgehensweise im PHPP ====+==== Weiterführende Literatur ====
  
-**[AkkP 27]** **Wärmeverluste durch das Erdreich**; Protokollband Nr. 27 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser \\ 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2004 ({{:picopen:faxb.pdf|Link zur Publikationsliste des PHI}})+**[AkkP 27]** **Wärmeverluste durch das Erdreich**; Protokollband Nr. 27 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser \\ 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 2004 [[https://shop.passivehouse.com/de/products/27-warmeverluste-durch-das-erdreich-45/|Link zur PHI Publikation]]
  
 +===== Siehe auch =====
 +  * [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waermebruecken:wbberechnung:wbbprinzip]]
 +  * [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waermebruecken:wbberechnung:erdreich:vorgehensweise]]
 +  * [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waermebruecken:wbberechnung:beispiele:start]]
grundlagen/bauphysikalische_grundlagen/waermebruecken/wbberechnung/erdreich/eigenschaften.1428753173.txt.gz · Zuletzt geändert: 2015/04/11 13:52 von gwart