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.
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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
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