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Glasfassaden und sommerlicher Wärmeschutz Planungsgrundsätze, Konstruktionen, Beispiele
Luzern, 22. Februar 2016Energie Apéro Luzern
Manfred Huber, dipl. Arch. ETH SIA, manfred@aardeplan.chwww.aardeplan.ch
Architektur & Consulting
Gliederung
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1. Vorstellung Manfred Huber / aardeplan
2. Grundlagen
3. Hinweise
4. Ein Blick in die Zukunft
5. Fazit
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Manfred Huberaardeplan
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− Dipl. Arch. ETH SIA− Architektur & Consulting− Team bestehend aus 10 MitarbeiterInnen− Integrale Planung ‐ von der Strategischen Planung zum Betrieb− Nachhaltigkeit seit 1999− Anwendung modernster Planungswerkzeuge und Methoden (BIM/VDC)
aardeplan Architektur aardeplan Consulting
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Externe Lasten – Interne Lasten – abzuführende Wärme„Konflikt Sommer – Winter“
Quelle: aardeplan
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Abhängigkeiten
• Wärmespeicherfähigkeit(Wärmekapazität der umgebenden Materialien)
• Sonneneinstrahlung und Klima(Glasanteil, Ausrichtung, Klimastation, bewegliche Verschattung, feststehende Beschattung)
• Interne Wärmelasten(Nutzung: Personenbelegung, Geräte, Beleuchtung)
• Abzuführende Wärme (Fensterlüftung, Kühlung, Transmission) © aardeplan
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Normen und Grundlagen
• SIA Norm 382/1 (2007/2014) „Lüftungs- und Klimaanlagen –Allgemeine Grundlagen“
• SIA Norm 180 (1999/2014) „Wärme und Feuchteschutz im Hochbau –Innenraumklima und Behaglichkeit“
• SIA Merkblatt SIA 2024 „Standardnutzungen für die Energie-und Gebäudetechnik“
Die Thematik des sommerlichen Wärmeschutz ist eine raumweiseBetrachtung.
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Nutzung/Kühlung
• Interne Lasten
• Möglichkeiten der Fensterlüftung
-> Kühlung erwünscht oder notwendig
Quelle: aardeplan
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Differenzierung Anforderungen obKühlung nicht notwendig – erwünscht – notwendig
notwendig: 100 h pro Jahr > 26.5°C
erwünscht: 0-100 h pro Jahr > 26.5°C
nicht notwendig: 0 h pro Jahr > 26.5°C
Resultate Simulation (anerkanntes Rechenverfahren) oder aus Tabelle 16 von SIA 382/1 (2007)
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SIA 382/1 - Notwendigkeit einer Kühlung Tabelle 16
Interne Wärmelasten pro Tag in Wh/m2d
FensterlüftungTag und Nacht
FensterlüftungTag ohne Fensterlüftung Kühlung
>240 >200 >160 notwendig
160 - 240 120 - 200 80 – 160 erwünscht
< 160 < 120 < 80 nicht notwendig
Typische Nutzungen siehe Merkblatt SIA 2024
© aardeplan
SIA 381/1 (2007) Notwendigkeit einer Kühlung
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‐> Nichtwohnbauten haben (meist) höhere Anforderungen:
• Anforderungen an das gtot (Gesamtenergiedurchlassgrad inkl. Sonnenschutz) ist nachzuweisen
• Automatische Steuerung des Sonnenschutzes
• Anforderungen der Wärmespeicherfähigkeit
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Aussenliegender Sonnenschutz
• Ohne aussenliegenden Sonnenschutz wird es anforderungsreich
Quelle: aardeplan
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SIA 382/1 (2007): g-Wert
Kennwerte typischer Verglasungen mit Sonnenschutz
Verglasung Sonnenschutz Farbe g-Wert
2- Fach Wärmeschutzglas aussen pastell 0.09
2- Fach Wärmeschutzglas innen hell 0.4
3- Fach Wärmeschutzglas aussen pastell 0.07
3- Fach Wärmeschutzglas innen hell 0.36
© aardeplan
• Anforderungen an das gtot lassen sich ohne anderweitige Nachweise für die Expositionen Nord-Ost, Süd bis Nord-West kaum mit innenliegendem Sonnenschutz erfüllen.
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Gesetz
• EN 2 «Wärmeschutz von Gebäuden»
• EN 5 «Kühlen, Be- und Entfeuchten»
Stützt sich auf die «alte» SIA 382/1 ab.
Nicht mit Privatrecht gleichzusetzen (SIA 180/2014)
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Gesetz
EN 2 «Wärmeschutz von Gebäuden»
• Aussenliegender Sonnenschutz
und wenn Kühlung notwendig oder erwünscht:
• Anforderungen Windgeschwindigkeit• Automatische Steuerung• Nachweis gtot
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Gesetz
EN 5 «Kühlen, Be- und Entfeuchten»
• Zusätzliche Anforderungen an die Wärmespeicherfähigkeit: 30 Wh/m2K
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Anerkannte Rechenverfahren / Simulation
• Simulationen ermöglichen andere und z.T. neue Lösungen
Quelle: aardeplan
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Anerkannte Rechenverfahren / Simulation
• Aber: unsinnige Lösungen lassen sich nicht «wegsimulieren»
Quelle: aardeplan
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Einfluss Wärmespeicherfähigkeit
Quelle: aardeplan
• Eine gute Wärmespeicherfähigkeit ist Voraussetzung …
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Einfluss Wärmespeicherfähigkeit
… ermöglicht aber nicht Lösungen, die sonst nicht realisierbar sind.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Übe
rhitz
ung
h/a
Fensteranteil im Verhältnis zur EBF
Verhalten von Wärmespeicherfähigkeit und Fensteranteil
50 Wh/(m2K) Leichtbau
100 Wh/(m2K)
150 Wh/(m2K) Blockholzbau mit UB
200 Wh/(m2K)
250 Wh/(m2K) Massivbau
Überhitzung max. SIA 382/1 (100 h/a)
© aardeplan
Verwaltung 60 m2 Ecksituation:6 ArbeitsplätzeOhne Fensterlüftung und mit TABSU-Wert Fenster: 0.9 W/m2KHauptausrichtung Süden
Anstieg Überhitzung wegen Beleuchtung infolge geringem Tageslicht
(Praxis: Fassadenfläche statt EBF)
Leicht
Mittel
Massiv
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Einfluss bauliche Verschattung
• Feststehende (bauliche) Verschattung nach Norm SIA 382/1 (2007)
(Art. 2.1.3.11)Bei feststehenden Beschattungen kann die Anforderung an den beweglichen Sonnenschutz so weit reduziert werden, dass die Summe der externen Wärmelast an einem wolkenlosen Dimensionierungstag im Herbst nicht grösser ist als ohne feststehende Beschattungund unter Einhaltung der restlichen Anforderungen nach Norm 382/1. Quelle: aardeplan
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Einfluss bauliche Verschattung• Südseitig eine wirksame Lösung (> ca. 50 cm)
• Ost- und westseitig deutlich weniger wirksam
• Einfluss Seitenblenden gering
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Hinweise
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Wärmeeintrag reduzieren1. Öffnungsanteil prüfen
Fensteranteil 30% zu EBF
Fensteranteil 60% zu EBF
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Wärmeeintrag reduzieren1. Öffnungsanteil prüfen2. Ein guter Sonnenschutz ist Voraussetzung
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Wärme abführen1. Nachtauskühlung ist sehr wirksam
• Hohe Luftmengen erforderlich
• Wetter‐ und Einbruchschutz beachten
• Fensteranordnung und Format beachten
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Quelle: aardeplan
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Wärme abführen1. Öffnungsanteil prüfen
2. Passive Kühlung leistet einen Beitrag
Quelle: aardeplan
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Achtung Tageslicht!
Einfluss Kunstlicht
• Tageslichtnutzung optimieren – Interne Lasten verursacht durch Kunstlichtreduzieren. (Einflussfaktoren: Fensteranteil, bauliche Verschattung, Farbe Oberfläche Innenraum)
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Achtung Tageslicht!
Korrekte Wahl der Farbe des Sonnenschutz
• Dunkle Farben haben sehr gute gtot‐Werte, aber Achtung auch sehr tiefe tvtot‐Werte (Anteil Nutzung Tageslicht, Faktor 10)
0.090.079
0.064
0.097
0.15
0.0580.075
0.0610.053
0.078
0.131
0.046
00.020.040.060.080.10.120.140.16
g-to
t Wer
t
g‐tot Werte äussere Sonnenschutzsysteme
Verglasung 1 (dunkle Balken)Ug 0.7 W/m2K, g Wert 0.5
Verglasung 2 (helle Balken)Ug 1.0 W/m2K, g Wert 0.55
Berechnung nach:Berechungstool nach Reglement Minergie ‐Modul Sonnenschutz, Version 01.10.2009a, (VSR)
Quelle: aardeplan
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Ein Blick in die Zukunft
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Prototyp HyWin
Quelle: Lipton & Partners, 2016 HyWin Glass Facade Confidential
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HyWin im Sommer-Kühlbetrieb (1m2)
Quelle: Lipton & Partners, 2016 HyWin Glass Facade Confidential
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HyWin regeneriert im Sommer das Erdsondenfeld
Quelle: Lipton & Partners, 2016 HyWin Glass Facade Confidential
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HyWin im Winterheizbetrieb
Quelle: Lipton & Partners, 2016 HyWin Glass Facade Confidential
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FAZIT
Quelle: José de Jesus
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• Die Nutzung gibt es vor ‐> Interne Lasten, Nachtauskühlung
• Aussenliegender Sonnenschutz als «Wärmeschutz» und «normale» Voraussetzung
• Bei erwünschter oder notwendiger Kühlung steigen die Anforderungen
• Öffnungsanteil bewusst wählen
• Frage der Abführung der Wärme beachten
• Simulation als Bestandteil der Planung
• Bauliche Verschattungen sind bewusst einzusetzen
• Denken wir das Tageslicht mit
• HyWin Fassade als mögliche Lösung für hohe Ganzglasbauten
• Der Sommerliche Wärmeschutz muss Bestandteil des architektonischen Entwurfs sein
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