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Kühle Gebäude im Sommer

Dem sommerlichen Wärmeschutz wird zukünftig aufgrund des Klimawandels mit zunehmenden Hitzeperioden eine immer wichtigere Bedeutung zukommen. Die negativen Auswirkungen sind vielfältig und reichen von Komforteinbußen über ernste gesundheitliche Folgen bis hin zu stei gendem Stromverbrauch von Klimaanlagen. Die Entwicklung von Strategien zur Vermeidung von Überhitzung von Innenräumen mit passiven Maßnahmen ist deshalb von immenser Bedeu tung. In einer groß angelegten Parameterstudie wird der Einfluss von passiven Maßnahmenpa keten, Klimadaten sowie Nutzungs- und Fassadentypen untersucht. Hierfür werden Muster räume für die Nutzungstypen Wohnen, Büro und Schule modelliert. Um klimatische Unter schiede in Deutschland abzubilden, werden die Städte Rostock (kühles Klima), Potsdam (durch schnittliches Klima) und Mannheim (warmes Klima) für die Untersuchung ausgewählt, die in un terschiedlichen Sommerklimaregionen liegen. Der Klimawandel wird über die ortsgenauen Zu kunfts-Testreferenzjahre Normaljahr 2045 und extrem warmer Sommer 2045x abgebildet so wie durch Wetterdaten des extrem warmen Sommers 2018 ergänzt. Ausgewertet werden Über temperaturgradstunden nach dem Komfortband des Nationalen Anhangs der DIN EN 16798-1. Ergänzt wird die Parameterstudie durch eine Energiebedarfsanalyse und Wirtschaftlichkeitsbe trachtung. Beim anschließenden Methodenvergleich, der u.a. die beiden Verfahren nach DIN 4108-2, Komfortbewertungen nach DIN EN 16798-1 und deren Nationalem Anhang einschließt, werden ebenfalls Berechnungen und thermische Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse - insbesondere hinsichtlich Einhaltung der Anforderungswerte - verglichen. Eine qualitative Einschätzung der Aussagekraft, der Komplexität und des Arbeitsaufwands rundet den Methodenvergleich ab. Im Rahmen der Studie wurde ferner eine rechtsgutachtliche Stellungnahme erstellt mit dem Thema erstellt, welche Bedeutung das im Gebäudeenergiegesetz verankerte Wirtschaftlichkeitsgebot für die Anforderungen zum sommerlichen Wärmeschutz hat. Aus den Ergebnissen der Studie werden Handlungsempfehlungen abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht

Entwicklung von Photovoltaik-Bauteilen mit holographisch optischen Elementen (PV-Bauteile mit HOE)

Das Projekt "Entwicklung von Photovoltaik-Bauteilen mit holographisch optischen Elementen (PV-Bauteile mit HOE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Köln, Institut für Licht- und Bautechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens war die anwendungsnahe Entwicklung von Sonnenschutzbauteilen fuer Fassaden und Daecher mit hocheffizienter photovoltaischer Nutzung der Sonnenenergie durch Konzentration direkter Strahlung mittels HOE und Senkung der Siliziumtemperatur durch spektral selektive Fokussierung. Die Elemente werden als Verschattungselemente gegen direkte Sonnenstrahlung frei vor transparenten Bereichen der Gebaeudehuelle angeordnet, beeintraechigen aber weder die Tageslichtbeleuchtung noch die Aussicht. Mit Erfahrungen aus vorangegangenen Forschungsarbeiten wurden verschiedene Kombinationsvarianten von PV mit HOE konzipiert, die die direkte Strahlung auf PV konzentrieren, waehrend diffuses Licht aufgrund des engen Akzeptanzwinkels der HOE durch die zwischen den Solarzellen freibleibenden Flaechen faellt und dahinter liegende Raeume ausleuchtet. Der visuelle Kontakt von innen nach aussen bleibt weitgehend erhalten. Die begrenzte Winkeleffizienz der HOE macht eine einachsige Sonnennachfuehrung der Elemente erforderlich. Der Umlenkwinkel der HOE ist wellenlaengenabhaengig, so dass eine spektral selektive Fokussierung auf Solarzellen mit unterschiedlicher spektraler Sensibilitaet moeglich ist. Das Empfindlichkeitsmaximum von Silizium liegt im Infrarotbereich der Sonne. Die Entwicklung von Solarzellen mit hoechster Empfindlichkeit im Intensitaetsmaximum der Sonnenstrahlung (sichtbares Spektrum) ist fuer eine praktische Anwendung noch nicht weit genug fortgeschritten. Um ein funktionsfaehiges und im Aussenbereich einsetzbares Element zu erhalten, muessen HOE und PV dauerhaft geschuetzt im Verbundglas eingebettet werden. Es kommen zwei unterschiedliche Verbundverfahren in Frage, Giessharz- und Folienverbund, die in anderen Forschungsvorhaben untersucht wurden.

Teilvorhaben: Untersuchungen zur Optimierung der Stromversorgung aus Sicht des Gesamtsystems bezüglich kritischer Parameter bei der Beschichtung

Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zur Optimierung der Stromversorgung aus Sicht des Gesamtsystems bezüglich kritischer Parameter bei der Beschichtung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte, insbesondere die Einstellung des Plasmaprozesses durch eine Optimierung der Netzteile und der Algorithmen zur Unterdrückung des Arcings, berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung: Zunächst werden die auf Fluorpolymerfolien zu erreichenden Schichteigenschaften festgelegt. Netzteil-Parameter zur Verbesserung der Prozessführung werden identifiziert. Die Arc-Löschparameter werden zunächst für kurzzeitige und dann für langfristige Prozessbetrachtung optimiert. An den Netzteilen werden entsprechend der Ergebnisse der anderen Arbeitspakete neue Arc-Detektionskriterien entwickelt. Zum Schluss wird der Prozess bei Rowo mit Unterstützung des ISE eingefahren.

Energieeinsparung contra Behaglichkeit?

Das Projekt "Energieeinsparung contra Behaglichkeit?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung durchgeführt. Eine der wesentlichen Aufgaben einer Gebäudeplanung ist, für die jeweilige Nutzung angemessene Innenraumbedingungen durch den Entwurf, baukonstruktive Maßnahmen und technische Anlagen sicherzustellen. Die zunehmenden Anforderungen an Energieeinsparung und Klimaschutz fordern dazu heute ein Vorgehen, bei dem die Begrenzung der klimarelevanten Emissionen und des fossilen Energieverbrauchs besondere Beachtung finden. Während für den Winterfall bewährte Konzepte den Einzug in die Baupraxis gefunden haben, hat vor allem der Jahrhundertsommer 2003 Mängel hinsichtlich der sommerlichen Situation offenbart: - Aktuelle Gerichtsurteile bestätigten, dass vermietete Räume für die Nutzung angemessene sommerliche Raumtemperaturen aufweisen müssen. Ist dies nicht der Fall, liegt ein Mangel vor, der eine Mietminderung rechtfertigt und bauliche (Sonnenschutz) oder anlagentechnische (Kühlung) Nachrüstungen erforderlich macht. In Anbetracht der vorhergesagten globalen Klimaerwärmung steigen die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz von Gebäuden. - Zusätzliche Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden steigert den Energieverbrauch. Die nationale Umsetzung der Gesamtenergieeffizienz Richtlinie der EU fordert die Einführung von ganzheitlichen Primärenergiegrenzwerten, die die Kühlung und Klimatisierung einbeziehen und damit dem Mehrverbrauch zukünftig Grenzen setzen. Wegen der besonderen Relevanz, legen die Verfasser den Schwerpunkt der Betrachtung auf Büro- und Verwaltungsbauten. Im Vordergrund stehen dabei Gebäude ohne Teil- oder Vollklimaanlagen und mit hohem Potenzial zur individuellen Einwirkung der Nutzer auf das Raumklima. Sie bieten damit - im Sinne der Fragestellung für die vorliegende Forschungsarbeit - prinzipiell gute Voraussetzungen für einen sparsamen Umgang mit Energie bei hoher Behaglichkeit.

Teilvorhaben: Beschichtungstechnologie

Das Projekt "Teilvorhaben: Beschichtungstechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. 1. Vorhabenziel Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte, insbesondere die Einstellung des Plasmaprozesses durch eine Optimierung der Netzteile und der Algorithmen zur Unterdrückung des Arcings berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung Der Arbeitsplan umfasst insgesamt 19 Arbeitspakete. An 11 dieser Arbeitspakete ist das Fraunhofer ISE beteiligt. Dabei geht es unter anderem um die Unterstützung des Koordinators ROWO bei der Projektleitung, die Definition geeigneter Schnelltests zur Stabilität, Entwicklung und Optimierung der (aktiven) Sputterschichten und der Schutzlackschichten, Test und Charakterisierung (optische Eigenschaften und Langzeitstabilität), Auswahl und Behandlung kritischer Sputterprozesse, Optimierung der Prozessführung und Upscaling.

Passive Solarenergienutzung mit Folienrollos in einem Schulgebaeude und einem Verwaltungsgebaeude

Das Projekt "Passive Solarenergienutzung mit Folienrollos in einem Schulgebaeude und einem Verwaltungsgebaeude" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im Gegensatz zu den herkoemmlichen, fest installierten Systemen zur Energieeinsparung im Fensterbereich (Rolladen, beschichtete Glasscheiben) erlaubt das im ISE entwickelte Folienrollsystem eine an die aktuellen Strahlungs- und Temperaturverhaeltnisse angepasste Steuerung des Energiestromes im Fensterbereich. Durch die Verwendung verschiedener selektiv beschichteter Folien wird erreicht, dass an Sommertagen nur ein Teil des sichtbaren Lichtes durch das Fenster gelangt und der IR-Anteil reflektiert wird. An Wintertagen hingegen gelangt das gesamte solare Spektrum durch das Fenster. Waehrend der Winternacht wird das gesamte sichtbare Spektrum einschliesslich des langwelligen IR-Spektrums in den Raum zurueckreflektiert. Damit kann mit diesem System sowohl die Kuehllast eines Gebaeudes im Sommer als auch die Heizlast im Winter reduziert werden.

Teilvorhaben: Industrielle Großflächenbeschichtung von Fluorpolymerfolien mittels Sputtertechnik

Das Projekt "Teilvorhaben: Industrielle Großflächenbeschichtung von Fluorpolymerfolien mittels Sputtertechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ROWO Coating Gesellschaft für Beschichtung mbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung Während dieses Vorhabens koordiniert ROWO Coating mit Unterstützung des ISE die geplanten Projektarbeiten des Gesamtverbundes. Nach der Auswahl der geeigneten Fluorpolymerfolien als Basisfolie sowie Korrosionsschnelltests zur Beurteilung der Schichtstabilität werden die Umrüstungsarbeiten für die geplanten Plasmavorbehandlungen und Reaktivgas-Sputterbeschichtungen sowohl auf der Laboranlage als auch an den Versuchsstationen im Produktionsrollcoater mit Unterstützung des ISE parallel zu ihrem Materialscreening durchgeführt. Ein Ausgangsschichtsystem wird eingefahren, gefolgt von Upscaling- und Optimierungsarbeiten an den selektierten Schichtsystemen und den neuen Netzgeräten von Hüttinger. Die beschichteten Versuchsrollen werden fortlaufend für die nachfolgenden Schutzlackierungen dem Projektpartner Dunmore Europe GmbH übergeben.

Teilaufgabe Integration in Isolierverglasung, Belastungstests, zusätzliche funktionale Schichten

Das Projekt "Teilaufgabe Integration in Isolierverglasung, Belastungstests, zusätzliche funktionale Schichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Glas Trösch GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kostengünstigen Herstellungsverfahrens für großflächige, in ihrer Licht- und Energiedurchlässigkeit veränderbare Verglasungselemente, die als Isoliergläser in der Gebäudehülle eingesetzt werden können. Herkömmliche mechanische Sonnenschutzsysteme werden durch schaltbare Isoliergläser ersetzt, die neben der immer noch vorhandenen Sicht nach draussen hauptsächlich Heiz-, Kühl- und elektrische Energie einsparen (mindestens 170 kWh/m2a). 2. Arbeitsplanung Ausarbeitung verschiedener Integrationskonzepte zur Einbindung der schaltbaren Einheit in eine Isolierverglasung. An Prototypen werden thermische und statische Belastungsversuche durchgeführt, um die Eignung der unterschiedlichen Varianten zu bestimmen. Zur Verbesserung der Effektivität werden reflexionsmindernde Schichten entwickelt. 3. Ergebnisverwertung Für Gebäude bietet sich die schaltbare Verglasung als energetisch sinnvolle Art der Regelung des Energie- und Lichtflusses in das Gebäude an. Aufgrund des einfachen Schichtaufbaus, der Robustheit und der voraussichtlich geringen Kosten bei der industriellen Fertigung sind die Marktchancen einer adaptiven, regelbaren Isolierglasscheibe als sehr gut zu bewerten.

Teilvorhaben: Oberflächenmodifizierung mineralischer Grundkörper mit thermotropen Templatstrukturen und deren Einsatz in Kunststoffsystemen

Das Projekt "Teilvorhaben: Oberflächenmodifizierung mineralischer Grundkörper mit thermotropen Templatstrukturen und deren Einsatz in Kunststoffsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Quarzwerke GmbH durchgeführt. Temperaturstabile Polymere wie Polycarbonat und Polymethylmethacrylat werden durch die zu entwickelnden Hochleistungsfüllstoffe mit thermotropen Eigenschaften für den Sonnenschutz in der Gebäudearchitektur einsetzbar. Die Transmission dieser Kunststoffelemente passt sich dem jeweils aktuellen Lichteinfall selbsttätig an, wobei Transmissionswerte zwischen 70 Prozent (Off) und größer5 Prozent (On) angestrebt werden. Eine Steigerung der Energieeffizienz um 20 Prozent auf dem Gebiet der Heizung/Klimatisierung von Gebäuden ist realistisch. Arbeitsschwerpunkte sind 'Auswahl und Oberflächenmodifizierung der Füllstoffe' (Quarzwerke) für die Herstellung der thermotropen Hybridfüllstoffe nach Brechungsindex und Formgestalt. Durch monomolekulare Aufbringung thermotroper Schichten auf ausgewählte Füllstoffe werden 'Wechselwirkung und Ausbildung thermotroper Hybridkomplexe' (IAP) untersucht. 'Extrusionsuntersuchungen zur Dotierung des Füllstoffs in die Polymerschmelze' (Quarzwerke/IAP) sind für die Kompoundierung mit Polycarbonat und Polymethylmethacrylat zu Masterbatches erforderlich. Die entwickelten Masterbatches sollen zu transparenten Platten und Folien mit spezifischer Schichtdicke und Schichtaufbau extrudiert und die Funktionsweise an einem Demonstrator gezeigt werden. Untersuchungen zur Maßstabsvergrößerung bei der Synthese, Aufarbeitung und Konfektionierung der neuen thermotropen Hybridfüllstoffe bilden den Abschluss. Im Ergebnis steht ein Thermotroper Hochleistungsfüllstoff für den Sonnenschutz im Labormaßstab zur Verfügung, der direkt oder als Masterbatch in der Kunststofftechnologie zur Fertigung der Endprodukte verwertet werden kann. Durch sukzessive Ansatzvergrößerung nach Projektende wird bei den Quarzwerken ab 2015 eine Pilotproduktion mit einer Kapazität von 5 t/a avisiert.

Teilprojekt 4: Innovative Dachoberlichter

Das Projekt "Teilprojekt 4: Innovative Dachoberlichter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Bauphysik durchgeführt. Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung genauerer Bewertungsansätze für die Beurteilung der Energieeffizienz von Belechtungsanlagen (künstliche Beleuchtung und Versorgung mit Tageslicht), die für eine normative Umsetzung geeignet sind. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen dazu geeignet sein, in die entsprechenden rechtlichen Verordnungen einzufließen. Ausgangslage: Gebäude über Dachoberlichter natürlich zu belichten, ist lichttechnisch, energetisch und wirtschaftlich die effizienteste Art der Tageslichtnutzung. Dachoberlichtflächen, die über das ganze Jahr eine gute Tageslichtversorgung sicherstellen sollen, führen jedoch im Sommer möglicherweise zu Blend- und Erwärmungsproblemen durch solare Einstrahlung in den darunter liegenden Räumen. Technische Lösungen für Verschattungssysteme für Dachoberlichter, die bei direkter Besonnung aktiviert werden, werden mittlerweile am Markt angeboten. Ungleich der Bewertungsmethodik vertikaler Fassaden existieren für derartige Systeme weder Rechenmethode noch Rechenwerte. Aufgabenstellung des Teilprojektes war die Entwicklung einer entsprechenden Rechenmethode in Abstimmung mit dem Bewertungsmodell für vertikale Fassaden nach DIN V 18599-4 und Ermittlung repräsentativer Systemkennwerte durch Berechnung und/oder Messung. Konzept: Zunächst erfolgte eine Analyse des vorliegenden Schrifttums bzgl. des bisherigen Bewertungsverfahrens für Dachoberlichter, welches der DIN V 18599 zu Grunde liegt. Im Anschluss erfolgte eine ergänzende Analyse der bereits umgesetzten entsprechenden Verfahren zur Bewertung von dynamischen Vertikalfassaden (Fassaden mit Sonnenschutzsystemen) in der DIN V 18599-4. Hierauf basierend wurde ein methodischer Ansatz entwickelt, welcher es ermöglicht, aus detaillierten Berechnungen unter Berücksichtigung der Photometrie der Dachoberlichtkomponenten vereinfacht die relative Nutzbelichtung in den angrenzenden Räumen zu ermitteln. Hierbei wurde auf am Fraunhofer-Institut für Bauphysik entwickelte numerische Verfahren zur Ermittlung der relativen Nutzbelichtung zurückgegriffen. Ergebnisse: Ergebnis ist ein methodischer Ansatz inklusive ausgewählter Systemkennwerte, welcher es ermöglicht, unter Berücksichtigung der Photometrie der Dachoberlichtkomponenten vereinfacht die relative Nutzbelichtung in den angrenzenden Räumen zu ermitteln. Die derartig bereitgestellten relativen Nutzbelichtungen für die Zustände 'Sonnenschutz aktiviert' und 'Sonnenschutz nicht aktiviert' können unmittelbar in dem Verfahren der DIN V 18599 als Tageslichtversorgungsfaktoren zur Bewertung der Tagesversorgung durch Dachoberlichter auf den Gesamtenergiebedarf für Beleuchtung genutzt werden.

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