Schriftenreihe des Fachbegiets Bauphysik / Energetische Gebäudeoptimierung
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Neue nachhaltige und dezentrale Energiesysteme können einen großen Beitrag bei der Einsparung von Energie sowie für die Verringerung der CO2-Emissionen des Gebäudesektors leisten. Bei der Entwicklung dieser Systeme ist eine ganzheitliche Betrachtung ihrer wesentlichen Auswirkungen und Einflussfaktoren essenziell. Ziel dieser Arbeit ist es, ein neuartiges, auf Peltier-Elementen basierendes Heiz- und Kühlsystem ganzheitlich zu bewerten. Peltier-Elemente sind kleine thermoelektrische Wandler und sollten, installiert in der Außenwand eines Gebäudes, als dezentrale Wärmepumpen fungieren. Die Bewertung des Gesamtsystems ist durch eine Kombination aus experimentellen Untersuchungen und thermischen Simulationen möglich. Die experimentellen Untersuchungen konzentrierten sich zunächst auf die Leistungsfähigkeit der Peltier-Elemente und wurden später zu Versuchen an einem Prototyp erweitert, der sowohl im Labor als auch im Freilandversuch analysiert wurde. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wurden thermische Bauteilsimulationen in TRISCO und VOLTRA sowie thermische Gebäudesimulationen in TRNSYS durchgeführt. Anhand der Freilandversuche und der Gebäudesimulationen konnte das entwickelte thermoelektrische Heiz- und Kühlsystem abschließend energetisch bewertet werden. Mit einem durchschnittlichen jährlichen System-COP von 0,96 bis 1,02 erwies sich das erforschte System als nicht ausreichend effizient. Vor allem im direkten Vergleich mit einem auf einer Wärmepumpe basierenden Referenzsystem zeigte sich, dass das untersuchte Peltier-System beim derzeitigen Stand der Technik keine zukunftsfähige Technologie ist.
01
Holzleichtbaukonstruktionen weisen eine besondere Anfälligkeit für Perforationen der raumseitigen Schichten auf. Diese können bei Verwendung permeabler Dämmstoffe und einem regelkonformen, luftdurchlässigen Aufbau der nach außen anschließenden Schichten zu Leckageströmen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt den konvektiven Feuchteeintrag durch Einzelleckagen im Gefach von Holzleichbaukonstruktionen infolge derartiger Leckageströme.
Das Potential der Durchströmung von Leckagen wird durch die anliegende Druckdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung bestimmt. Im ersten Teil der Arbeit werden daher die über 5 Heizperioden, an verschiedenen Gebäuden, in unterschiedlichen Regionen Deutschlands durchgeführten Differenzdruckuntersuchungen analysiert und bewertet. Es wird gezeigt, dass die Häufigkeiten der anliegenden Druckdifferenzen schiefsymmetrisch verteilt ist. Sowohl der Auftrieb als auch die Windanströmung beeinflussen
die Druckdifferenz an der Gebäudehülle. Die Richtung der Windanströmung auf die Gebäudehülle, die regionale Lage, der Umbauungsgrad, die Luftdichtigkeit des Gesamtgebäudes und die Leckageverteilung in diesem sind zudem einflussnehmend.
Im zweiten Teil wird das mittels eines patentierten Messsystems und -verfahrens untersuchte Durchströmungsverhalten von Einzelleckagen in Holzleichtbaukonstruktionen dargestellt. Die Analysen zeigen, dass der Volumenstrom und Ausflussfaktor durch raumseitige Schichten u. a. von der Form, Randbeschaffenheit und Größe der Leckage beeinflusst werden. Weiterhin wird nachgewiesen, dass die Eigenschaften der Perforation(en) in den von der Dämmung nach außen angeordneten Schichten eine untergeordnete Rolle spielen. Außerdem wird verdeutlicht, dass sich der Luftstrom nach der raumseitigen Leckage konisch im mineralischen Faserdämmstoff öffnet. Dieses Ausbreitungsverhalten, kann mittels dem kleinsten durchströmbaren Dämmstoffvolumen berechnet werden. Eine entscheidende Einflussgröße dafür ist die Permeabilität des Dämmstoffs unter realistischen Druckdifferenzen.
Das entwickelte praxisnahe, analytische Berechnungsmodell zum konvektiven Feuchteeintrag stellt den abschließenden Teil der Arbeit dar. Der Volumenstrom durch eine Leckage im Gefach einer Holzleichtbaukonstruktion kann anhand dieses Modells mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von ±12 % berechnet werden. Mittels eines quasi-stationären Berechnungsverfahrens wird anschließend die hygrische Hüllflächeninfiltration durch eine Einzelleckage, für eine Heizperiode, unter realistisch an einer Gebäudehüllfläche anliegenden Druckdifferenzen berechnet. Die Plausibilität der Ergebnisse wird an einem untersuchten Schadensfall nachgewiesen. Mit den Berechnungsergebnissen ist eine Bewertung des Schadenspotentials durch konvektiven Feuchteeintrag möglich.