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  • Hochschule Magdeburg-Stendal Fachbereich Bauwesen

    Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung

    ASPEKTE ZUR ENERGETISCH-ÖKOLOGISCHEN OPTIMIERUNG VON WOHNGEBÄUDEN

    (THEORETISCHE) INTERAKTION VON BAUWERK UND GEBÄUDETECHNIK

    Diplomarbeit zur Erlangung des Grades eines Diplom-Ingenieur (FH)

    vorgelegt von:

    cand.-ing. Henryk Parsiegla Ummendorferstr. 1 a

    39365 Eilsleben

    Matr.-Nr. 952555

    Magdeburg im Oktober 2002

    Erstprüfer: Professor Dr.-Ing. M. Neumann Zweitprüfer: Dipl.-Ing. (FH) M. Holznagel

  • Vorwort

    Vorwort

    Mit kennen kann auch Begreifen bzw. Verstehen gemeint sein. Begreifen lässt sich von ETWAS be-greifen – erst mit den Händen und dann mit dem Geist – ableiten. Vieles kann mit falschem Blick und Unwissenheit verkannt werden. Die Ausbildung zum Bauingenieur sollte so allumfassend wie möglich, aber nur so tiefgründig wie nötig erfolgen. Einst waren es Baumeister – heute sind es Hochbau-, Tiefbauingenieure, Architekten, Techniker, viele Fach- sowie Spezialingenieure und die allumfassende integrale Planung. Ein gewisses Grundlagenwissen und Verständnis gegenüber der Bauklimatologie ist eine wichtige Voraussetzung. Diese muss die Fähigkeit der Planer umfassen, sowohl die Reaktionen des Bauwerks auf äußere (meteorologische) Randbedingungen richtig einzuschätzen, als auch die, infolge der Klimatechnik (HLK). Das allein erfordert mindestens 2 Fachleute. Mein Thema hätte demnach zweigeteilt dargestellt werden müssen. So kann und wird nicht jede aufgeworfene Frage beantwortet werden. Es verbleibt Raum zum Nachdenken und Platz für evt. Anschlussarbeiten. Mir muss an dieser Stelle die Möglichkeit, aber auch das (Un-)Vermögen genügen, viele Probleme aufgegriffen, aber nur besondere, für mich relevante bzw. einschätzbare Themen näher beleuchtet, andere zur Diskussion gestellt zu haben.

    Diese Diplomarbeit steht als Ergebnis eines Studiums, das mich viel Kraft, Liebe, Ehrgeiz, aber auch Überwindung und Selbsterkenntnis gekostet hat. Ohne die Unterstützung vieler helfender Hände und Köpfe, deren Verständnis und Geduld, hätte ich diese Leistung niemals erbringen können. Mein besonderer Dank gilt deshalb meinen Eltern, die mir dieses Studium ermöglichten, aber auch meiner Freundin Jana, die mich mit all ihren Kräften unterstützte. Nicht unerwähnt sollen Freunde und Bekannte bleiben, die mich über meine Studienzeit unterstützend begleiteten. Mein ganz besonderer Dank zur Entstehung dieser Arbeit gebührt Professor Dr.-Ing. Martin Neumann. Viele Gespräche mit ihm, seine Bemühungen/Objektivität mich mein Thema finden zu lassen, aber auch seine Geduld, haben es mir erst ermöglicht, diese Arbeit abzuhandeln. Ein großes Dankeschön auch an Dipl.-Ing. (FH) Matthias Holznagel, der mir mit seiner Software DYNATHERM und vielen wichtigen Fachgesprächen die thermisch-instationäre Wärmeleitung näher brachte. Ohne Kommunikation und Literatur keine menschliche Zivilisation. Deshalb mein Dank allen Ingenieuren und Architekten für ihre Unterstützung und Ratschläge. Stellvertretend genannt sei an dieser Stelle Professor Dr. habil. Hans-Georg Beyer. In Fachgesprächen und mit der Soft- ware ESRA, unterstützte er mich meinen Wissenshorizont in Bezug auf meteorologische Grundlagen zu erweitern.

    Magdeburg im Oktober 2002 Henryk Parsiegla

  • Inhaltsverzeichnis Seite 1

    Inhaltsverzeichnis

    Nomenklatur S. 003 Akronymverzeichnis S. 005 Fremdwörterverzeichnis S. 009 Abbildungsverzeichnis S. 012 Tabellenverzeichnis S. 014

    1. Einleitung S. 015 1.1 Themenfindung S. 015 1.2 Themenvorstellung/Kapitelzusammenfassung S. 017 1.3 Hinweise zum (Text-)Inhalt bzw. zur Gestaltung der Arbeit S. 018

    2. Ganzheitliche Bauplanung S. 019 2.1 Chancen und/oder Geißeln ganzheitlicher Bauplanung S. 020

    2.1.1 “Totschlag-“Argument CO2 S. 020 2.1.2 (Un-)Endlichkeit fossiler Energie S. 025

    2.2 Verantwortung von technischer und baukonstruktiver Gebäudeplanung S. 029

    3. Funktionelle Einheit von Gebäude und Heiztechnik S. 034 3.1 Natürliches Klimatisieren – Künstliches Raumklima S. 034 3.2 Ökologisch orientierte integrale Planung S. 036 3.3 “Dämmstoff-" und Anlagenverordnung – (Fehl-)Interpretation und/oder effiziente

    Kompensation S. 039 3.3.1 Heizlast von Wohngebäuden im Wandel des Wärmeschutzes S. 039 3.3.2 “Papiertiger“ EnEV S. 044

    3.4 Postulate energetisch optimierter Gebäude S. 052 3.4.1 Stellenwert der Raum- bzw. Gebäudeträgheit S. 056

    4. Konzeptionelle Abstimmung von Gebäude und Heiztechnik S. 060 4.1 Die Bauphysik – Ein Weg der Konzeptoptimierung S. 060

    4.1.1 Praxisrelevante Klimadaten und Randbedingungen S. 066 4.2 (Fremd-)Wärme effizient geregelt S. 069

    4.2.1 Selbstregeleffekt einer Niedertemperatur-Flächenheizung S. 077 4.3 Auswahl und Auslegung von Heiz-Anlagentechnik S. 079

    4.3.1 Behaglichkeitsanforderungen und relative Empfindlichkeit S. 079 4.3.2 E DIN EN 12831 – An der Schwelle einer ökologischen Beurteilung S. 085

    5. Zusammenfassung und Ausblick S. 092

    Literaturverzeichnis S. 097 Bücher/Sonderdrucke/VL-Skripte/Diplomarbeiten/Dissertationen S. 097 Periodika S. 102 Gesetze/Normen/Verordnungen S. 106 Internetartikel und -quellen S. 108

  • Inhaltsverzeichnis Seite 2

    Anhang S. 116 Inhaltsverzeichnis Anhang S. 117 Abbildungsverzeichnis Anhang S. 118 Tabellenverzeichnis Anhang S. 120 Anhang A.1 S. A.1-1 bis A.1-37 Anhang A.2 S. A.2-1 bis A.2-76

    Danksagung S. 000 Eidesstattliche Erklärung S. 000

  • Nomenklatur, Akronym- u. Fremdwortverzeichnis Seite 3

    Nomenklatur

    Zeichen Bedeutung Einheit (beispielhaft)

    A Fläche(nangabe) 2m a Jahr -

    a Temperaturleitfähigkeit c/a ⋅= ρλ -12 s m α Absorptionsgrad - α Wärmeübergangskoeffizient -1-2 KmW

    b Breite m

    b Wärmeeindringkoeffizient cb ⋅⋅= ρλ ( ) 10.52 s K m kJ − β Temperaturfaktor 3K

    CS Strahlungskonstante des Schwarzen Körpers ( ) 142 Km W − Cwirk effektive, thermisch wirksame Masse ( ) 13 K m Wh − c spezifische Wärmekapazität ( ) 1 K kg Ws − d (Material- bzw. Bauteil-)Dicke m

    δ (Material- bzw. Bauteil-)Dicke m

    E∆ Empfindungsstärke bzw. Weberscher Quotient -

    R∆ Differenz zum Standard-Reiz -

    T∆ Temperaturdifferenz K

    t∆ Zeitintervall h

    ϑ∆ Temperaturdifferenz °C

    x∆ Schichtdicke senkrecht zur (Ansichts-)Fläche m

    E Energie(-strom) W

    ε Emissionsgrad - ε Phasenverschiebung h

    f Reduktionsfaktor -

    Gt Gradtagzahl -1a Kd

    g Gesamtenergiedurchlassgrad - bzw. % γ Neigungswinkel °

    H spezifischer Wärmeverlust -1W K η Wirkungs- oder (Aus-)Nutzungsgrad - bzw. %

    I Strahlungsintensität -2mW

    IR im Zushng. m. Wärmestrahlung -2mW

  • Nomenklatur, Akronym- u. Fremdwortverzeichnis Seite 4

    Zeichen Bedeutung Einheit (beispielhaft)

    k Wärmedurchgangskoeffizient (alte Bezeichnung) -1-2 KmW

    Λ Wärmedurchlasskoeffizient (reiner Materialwert) -1-2 KmW

    λ Wärmeleitfähigkeit -1-1 KmW

    m Masse kg

    m Modul bzw. Gitter-Fourier-Zahl -

    n Luftwechselrate -1h ν Temperaturamplitudendämpfung -

    P Leistung -2mW

    p Personenanzahl -

    Φ Wärmestrom W

    ji→ϕ Einstrahlzahl(en) -

    Q Wärmemenge, -energie Ws •

    Q Wärmestrom W

    q i (sekundärer) Wärmeabgabegrad - bzw. %

    q Wärmestromdichte -2mW

    R Wärmeleitwiderstand, λ / s / 1R =Λ= -12 W K m

    R Wert des Standard-Reizes (Störpotential) K ρ Dichte -3m kg

    s (Grenz-Schicht-)Dicke m

    σ Stefan/Boltzmann Konstante, 81067.5 −⋅=σ ( ) 142 Km W − T (absolute) Temperatur K

    t auch Temperatur, bspw. mittlere Raumtemperatur = t i °C

    τ (Strahlungs-)Transmissionsgrad - bzw. % τ Zeitkonstante h

    U Wärmedurchgangskoeffizient -1-2 KmW

    V Volumen 3m z Tage der Heizperiode d

  • Nomenklatur, Akronym- u. Fremdwortverzeichnis Seite 5

    Indizes Bedeutung Indizes Bedeutung

    a außen (extern) m mittlere

    α den Wärmeübergang betreffend ND Nutzungsdauer

    b Verschattung n n-tes Objekt bzw. Element

    cd die Wärmeleitung betreffend P Person

    cv die Konvektion betreffend op operativ

    E Extern (außen) opak lichtundurchlässig

    eff Effektiv R Rechenwert

    el im Zushng. M. Elektroenergie r die Strahlung betreffend

    F Fenster bzw. Fläche betreffend S Oberfläche

    f im Zushng. M. Fremdwärme sol die Solarstrahlung betreffend ϕ im Zushng. M. Eigenabstrahlung st infolge Strahlung

    g den Gewinn betreffend stat stationär

    glob Globalstrahlung T Transmission

    HG die Heizgrenze betreffend Tau Taupunkt

    HP die Heizperiode betreffend T ; t Zeitpunkt bzw. Periode

    h Heizwärme W Wand

    hl Heizleistung w im Zushng. m. Wärmestrahlung

    hüll die Gebäudehülle betreffend wirk wirksam

    I die Globalstrahlung betreffend x Mittlere Innentemperatur [°C]

    i intern oder das Innere betreffend y Heizgrenztemperatur [°C]

    instat Instationär 1 intern

    L im Zushng. M. Luft bzw. Lüftung 2 extern

    LW Luftwechsel 1 ; 2 ... n im Zushng. mit verschiedenen Ele-

    Λ die Wärmeleitung be

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