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Anforderungen an den Wärmeschutz von Fenstern in Passivhäusern

In [Feist 2007] werden die Anforderungen an die inneren Oberflächentemperaturen, die sich beim Verzicht auf Heizkörper für die Außenbauteile von Passivhäusern ergeben, detailliert hergeleitet. Es ergibt sich folgendes Behaglichkeitskriterium für Bauteile:

„Die regulären inneren Oberflächentemperaturen von raumbegrenzenden Bauteilen sollen gegenüber der mittleren operativen Temperatur im Raum um nicht mehr als 4,2 K abweichen ( || ≤ 4,2 K); an keiner Stelle darf die Oberflächentemperatur geringer als 13 °C oder höher als 55 °C sein, die Fußboden-Oberflächentemperatur muss sogar überall zwischen 19 °C und 27 °C liegen.“

Das korrespondiert zu der Zielsetzung, höchste thermische Behaglichkeit allein durch die Qualität der Gebäudehülle (also durch passive Maßnahmen) zur erreichen. Dazu müssen alle Behaglichkeits-Anforderungen, u.a. die einer ausreichend geringen Strahlungstemperatur-Asymmetrie, allein durch die Qualität der Hüllflächenbauteile sicher gestellt werden. Da dies für opake Bauteile (wegen der dort regelmäßig viel geringeren Wärmedurchgangskoeffizienten) i.a. kein Problem darstellt, resultiert daraus vor allem ein Kriterium an die Fenster. Fenster-U-Werte müssen klein genug sein, damit die Oberflächentemperatur auf der Innenseite nicht zu stark von der Behaglichkeitstemperatur abweicht.

Als Auslegungstemperatur wird dabei das kleinste 12-Stunden-Mittel der Außentemperatur empfohlen.
Das Kriterium einer Unter-(bzw. Über-)Temperatur von 4,2 K führt damit für das Klima von Frankfurt/M. (Auslegungstemperatur -16 °C) auf einen U-Wert von 0,85 W/(m²K).

Die Berechnung basiert auf der Tatsache, dass sich die innere Oberflächentemperatur θsi aus


berechnet.

Darin sind

hiinnerer Wärmeübergangskoeffizient, hier 0,13 W/(m²K)
UWärmedurchgangskoeffizient des Bauteils
mittlere operative Innentemperatur im Raum, hier 22 °C
Auslegungsaußentemperatur

Durch Umstellen lässt sich daraus für jede Auslegungsaußentemperatur leicht der erforderliche U-Wert ermitteln.

Basierend auf Daten aus der EOSWEB-Klimadatenbank [NASA 2009] wurde auf dieser Grundlage eine Weltkarte erstellt, die die benötigten mittleren Fenster-U-Werte enthält.

Erforderliche U-Werte für hohen thermischen Komfort
ohne Heizkörper (ΔT Oberfläche-Raum = 4,2 K)
Erforderliche U-Werte für hohen thermischen Komfort ohne Heizkörper (ΔT Oberfläche-Raum = 4,2 K)


Die Berechnung verwendet als Auslegungstemperatur das kleinste Tagesmittel aus einem Zeitraum von 23 Jahren. Dieser Wert liegt für die überwiegende Mehrheit aller Standorte um 4 ± 3 K über der niedrigsten auftretenden Außentemperatur. Unter Berücksichtigung der Temperaturschwankungen von Jahr zu Jahr dürfte er ausreichend genau der oben definierten Auslegungstemperatur entsprechen.

Für heiße Klimata wurde analog verfahren: Bei sehr hohen Außentemperaturen soll die innere Fensteroberflächentemperatur nicht um mehr als 4,2 K über der mittleren operativen Raumtemperatur liegen. Die höhere der beiden Anforderungen wurde in die Karte eingetragen. Ergebnisse über 5 W/(m²K) sind nicht mehr relevant und werden daher nicht dargestellt (schwarz).

In der Interpolation der räumlich relativ grob aufgelösten Satellitendaten (1°-Gitter) wurde eine Höhenkorrektur von 0.015 W/(m²K) pro 100 m Meereshöhe (entsprechend 0,6 K pro 100 m Meereshöhe bei -15 °C Außentemperatur) angewandt.

Siehe auch

Übersicht zum Thema Fenster

Literatur

[Feist 2007] Feist, Wolfgang: Passivhäuser in der Praxis. In: Fouad, Nabil A. (Hrsg.): Bauphysik-Kalender 2007. Ernst & Sohn, Berlin 2007

[NASA 2009] http://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/sse.cgi, 5.10.09

planung/waermeschutz/fenster/anforderungen_an_fenster/erforderliche_u-werte_fuer_hohen_thermischen_komfort.txt · Zuletzt geändert: 2014/04/14 09:26 von twessel