Berechungsverfahren für Doppelfasaden
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Berechungsverfahren für Doppelfasaden
I N N O VAT I O N S Berechnungsverfahren für Doppelfassaden ELIA ZACCHEDDU JOACHIM BORTH SULZER INFRA Entlüftung ■ Infrarot-Strahlung Konvektion Wärmeleitung Sonnenbestrahlung Belüftung durch natürliche Konvektion 1■ Dank eines einfachen Verfahrens von Sulzer Infra Lab lassen sich Kühl- und Heizleistungen von Gebäuden mit Doppelfassade abschätzen. Dabei wird der Wärmedurchgang durch die Doppelfassade berechnet. 4 Doppelfassaden sind seit einiger Zeit beliebt bei Architekten. Sulzer Infra Lab (SILab) hat ein vereinfachtes Verfahren für die erste Abschätzung der Kühl- und Heizleistungen von Gebäuden mit Doppelfassade entwickelt. Dabei wird der Wärmedurchgang durch die beiden Fassaden berechnet. SILab liefert auch Planungshilfsmittel für die weiteren Auslegungsschritte der Doppelfassade. SULZER TECHNICAL REVIEW 1/2001 Vor allem aus ästhetischen Gründen ist der Einsatz von so genannten Doppelfassaden bei Architekten seit einigen Jahren sehr beliebt. Dabei wird um die Fassade im ursprünglichen Sinn, welche die Innenseite des Gebäudes von der Umgebung abtrennt, eine weitere Hülle gelegt, meist aus Glas. Man verspricht sich von Doppelfassaden auch einen Energiespareffekt in der kalten Jahreszeit, weil der Zwischenraum sowohl als Wärmedämmung wirkt, als auch durch die Sonnenstrahlung zusätzlich erwärmt wird. Doppelfassaden sind jedoch schwierig zu berechnen. Allgemein anerkannte Richtlinien für die erste Abschätzung des Kühl- und des Heizenergiebedarfs oder der erforderlichen Spitzenleistungen gab es bisher nicht. Da verschiedenste Typen von Doppelfassaden existieren, müssen Berechnungsmethoden und Hilfsmittel eine große Freiheit bei der Untersuchung der relevanten Parameter anbieten. WÄRMEDURCHGANG BERECHNEN Sulzer Infra Lab, eine Gesellschaft von Sulzer Infra, hat nun ein Berechnungsverfahren für Doppelfassaden entwickelt, mit dem die Funktionsweise eines vorliegenden Entwurfs überprüft werden kann. Es handelt sich um eine stationäre, eindimensionale Methode, die im Wesentlichen dazu dient, den meist unbekannten Wärmedurchgang durch das System Doppelfassade zu berechnen. Das Modell beruht darauf, dass Wärmebilanzen für Flächen aufgestellt werden (Bild 1■). Die Bilanzen umfassen die Wärmeströme infolge absorbierter Solarstrahlung, ausgetauschter Infrarotstrahlung, Konvektion und Wärmeleitung. Es werden sechs Flächen betrachtet: Außen- und Innenseite der äußeren Verglasung, Außen- und Innenseite des Sonnenschutzes sowie Außen- und Innenseite der inneren Verglasung. 3998 Transmission 42% Reflexion 8% Sekundäre Wärmeabgabe an Raum 7% Direkte Solarstrahlung in Raum 5% Das Berechnungsmodell wurde z.B. für das unmittelbar am Flughafen Genf-Cointrin gelegene Blandonnet International Business Center eingesetzt. Der erste Gebäudekomplex ist bereits bezogen, der zweite wird momentan fertig gestellt. Für dessen Doppelfassade hat SILab im Auftrag von Sulzer Infra Romandie SA, die für die Gebäudetechnik der beiden Komplexe verantwortlich zeichnet, in einer Vorstudie die Wirkung verschiedener Sonnenschutztypen beurteilt (Bild 2■). Als Ergebnis der Berechnungen von SILab liegen Temperaturprofile und Wärmeströme (g-Wert) für die Doppelfassade vor. WEITERE HILFSMITTEL FÜR PLANUNG SILab bietet über die Grobabschätzung hinausgehende Hilfsmittel zur Auslegung von Doppelfassaden. Allgemein wird in drei Stufen vorgegangen. Nach der Überprüfung von Konzeptentwürfen mit dem oben vorgestellten Verfahren folgt die thermische (dynamische) Gebäudesimulation. Dabei werden der Energie- und der Leistungsbedarf berechnet sowie die Regelung und die Steuerung ausgelegt. Im abschließenden Schritt dienen numerische Strömungssimulationen, welche die Berechnung der thermischen Strahlung und der Solarstrahlung einschließen, der Ermittlung von Luftströmung und Temperaturen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf Vibrationen von Storen und auf Geräusche im Fassadenzwischenraum ziehen. So hat SILab z.B. im Auftrag der Bauherrin, der Mobimo AG mit Sitz in Luzern (CH), thermische Belüftung 38% Gebäudesimulationen am ehemaligen Sulzer-Escher-Wyss-Hochhaus in Zürich durchgeführt (Bild 3■). Die wichtigste Frage war dabei, ob die geplante Doppelfassade als Solarluftkollektor zur Erwärmung der Zuluft für die Lüftungsanlage im Winter beitragen und so den Energieverbrauch des Gebäudes senken kann. Mit der Simulation konnten der tiefe Heizund Kühlbedarf und damit ein geringer Energieverbrauch nachgewiesen werden. Das Gebäude wurde im Dezember 2000 fertig gestellt. SICHERE BERECHNUNG VON DOPPELFASSADEN Mit den verschiedenen Berechnungsverfahren stellt SILab dem Planer Methoden zur Verfügung, mit denen vom Konzept bis zur endgültigen Auslegung Doppelfassaden sicher berechnet werden können. Der Anlagenbauer, der für die einwandfreie Funktion des Systems und für den Komfort der Benutzer mit garantieren muss, kann die Funktionsweise eines vorliegenden Entwurfs überprüfen und so Risiken bei der Ausführung von Anlagen weitgehend ausschalten. Ω 3■ Mit numerischen Strömungssimulationen kann die Luftströmung berechnet werden. So zeigte sich für das ehemalige Sulzer-Escher-WyssHochhaus in Zürich, dass die Luftströmung keine störenden Geräusche verursachen sollte. 2■ Für ein Bürohaus beim Flughafen Genf-Cointrin beurteilte SILab im Auftrag von Sulzer Infra Romandie die Wirkung verschiedener Sonnenschutztypen. Das Beispiel zeigt die Energieverteilung für den Sommerfall mit schwarzem Sonnenschutz. Luftgeschwindigkeit (m/s) 2,8 2,6 2,4 2,2 INFO DIRECT 2,0 Sulzer Infra Lab AG Elia Zaccheddu Postfach 414 CH-8401 Winterthur Schweiz Telefon +41 (0)52-262 47 47 Telefax +41 (0)52-262 00 02 E-Mail [email protected] Internet www.sulzer-infra-lab.com 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Höhe 55,8 m Höhe 5,1 m SULZER TECHNICAL REVIEW 1/2001 5