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Die Fassadenbox – Prüfstand auf dem Dach
Schwerpunkt Behaglichkeit

So manches großvolumige Gebäude kann mit großformatigen Elementen elegant saniert werden. Fassadenmodule, die die gesamte neue Haustechnik enthalten, können bei laufendem Betrieb vor das bestehende Haus gesetzt werden. Auch im Neubau verkürzt die Vorfertigung die Bauzeit beträchtlich. Die Prüfung eines Prototypen im Maßstab 1:1 vorab schützt vor Überraschungen auf der Baustelle. Mit der Fassadenbox im steirischen Gleisdorf, die am Dach der AEE intec platziert ist, lassen sich Fassadenelemente rundum auf Herz und Nieren prüfen.

Forschung Behaglichkeit Monitoring

Messungen für alle Fälle

In vorgefertigte Fassadenmodule lassen sich Solarkollektoren- und PV-Module ebenso integrieren wie Elektro- oder Haustechnikleitungen. Wie solch komplex aufgebauten Elemente in der Praxis funktionieren, welche Auswirkungen sie auf den Innenraum haben und wie sie sich montieren und verbinden lassen, das kann mithilfe der Fassadenprüfbox erprobt werden. Die Prüfbox, eine zimmergroße Konstruktion, die um 360° drehbar ist, ist mit vielen Mess-Sensoren ausgestattet. Was alles gemessen werden kann, zeigt das Dienstleistungsportfolio: Thermische Eigenschaften und bauphysikalische Werte, Bewitterungstest, Feuchteverläufe und vieles mehr, was für Fassaden in der Praxis wichtig ist, zeigen die Untersuchungen. Auch die thermische Behaglichkeit – ein Thema mit dem sich das IBO schon lange befasst – kann unter verschieden einstellbaren Bedingungen getestet und ausgewertet werden.

Wie die Box aussieht ist in dieser Meldung sichtbar: https://www.ibo.at/meldungen/detail/data/fassadenpruefboxen-1/

Behaglichkeit in energieflexiblen Gebäuden

Im Forschungsprojekt Fassadenboxen hat das IBO mit Hilfe eines Simulationsmodells und Probanden versucht die thermische Behaglichkeit von energieflexiblen Gebäuden zu erfassen und abzugleichen. Dabei wurde genauer untersucht, wie es sich auf die Behaglichkeit auswirkt, wenn Energie in der Decke gepuffert wird und damit schnelle Aufheizphasen (Steigung 2°C pro Stunde) und höhere Deckentemperaturen einhergehen.

Im ersten Schritt wurde ein Simulationsmodell gemäß der Ausführungsplanung der Fassadenprüfbox erstellt. Die möglichen Flächenheizungen wurden in die Simulation eingearbeitet, sodass jederzeit unterschiedliche Heiz- und Kühlszenarien simuliert werden konnten. In der Simulation bzw. in der Auswertung wurden 2 Behaglichkeitsbewertungssysteme (ISO7730, Modell nach Glück) eingearbeitet, die in weiterer Folge mit den Messwerten verglichen wurden. Durch die Erstellung eines 3d-Simulationsmodells konnten die View-Faktoren angepasst werden, damit die Simulation möglich genau dem Messaufbau entspricht.

Zur Bestimmung der thermischen Behaglichkeit wurden Innenraumparameter wie Lufttemperatur, Luftfeuchte, Strahlungstemperatur und Luftgeschwindigkeit an unterschiedlichen Messpunkten aufgezeichnet und ausgewertet. Zusätzlich wurde zur Qualitätssicherung der Innenraumluft in der Fassadenprüfbox die Innenraumluftqualität mit VOC, CO, CO2- und Feinstaubsensoren erfasst.

In Zukunft soll ein Behaglichkeitsmesssystem die Zufriedenheit mit der thermischen Umgebung nicht nur in Zusammenhang mit der Bekleidung, Temperaturen und Luftgeschwindigkeiten bewertet werden, sondern auch mit dem wichtigsten nichtinvasiven physiologischen Parameter der Herzfrequenz. An den Versuchstagen wurde diese bei den Probanden gemessen und mit einem Modell versucht, die aktuelle metabolische Rate zu bestimmen.

Exemplarischer Versuchsablauf

Nachdem die Messungen durchgeführt wurden, wurde das Simulationsmodell angepasst und die Ergebnisse mit den Messwerten verglichen. Abbildung 1 und 2 zeigen den sehr gut übereinstimmenden Vergleich. Die Unterschiede am späten Nachmittag kommen daher, dass die Heizung bei der Messung abgestellt wurde. In der Simulation wurde die Heizung wieder auf die Ausgangstemperatur zurückgefahren.

Ergebnisse Raumluft- und Behaglichkeitsmessungen

An den Versuchstagen wurden verschiedene Deckenheizungsszenarien in der Fassadenbox betrieben wo jeweils ein Proband in den beiden Räumen der Fassadenprüfbox die subjektive thermische Behaglichkeit stündlich bewertet hat.

Die oftmals empfohlene maximale Oberflächentemperatur von 26°C wurde bei verschieden schnellen Anstiegen der Temperatur untersucht. Zusätzlich wurde die, in Hinblick auf die Behaglichkeit, kritischste Oberflächentemperatur von ca. 34°C untersucht. Diese Variante soll eine mögliche Speicherung von überschüssiger erneuerbarer Energie (z.B. aus Windkraftanlagen) in die Speichermasse der Decke überprüfen.

Die Behaglichkeitsmessungen und die Ergebnisse aus den Fragebögen zeigten für die thermische Behaglichkeit gute Ergebnisse. Sowohl die Messergebnisse als auch die Befragungsergebnisse der Probanden gaben  keine Überschreitung der Kategorie „etwas warm“ an. Die Luftqualität wurde auf Basis der Messdaten und der Adaptierung der Luftwechselraten und Raumluftkonditionierung vom Projektpartner AEE INTEC optimiert.

Die Simulation hat ebenso gezeigt, dass in beiden Varianten eine sehr hohe Behaglichkeit erreicht werden kann. Auch die als vorher kritisch eingestufte 34°C Variante war hinsichtlich der Behaglichkeit problemlos (siehe Abbildung 6 und 7).

 

In weiterer Folge können mittels des Simulationsmodells verschiedene Heizvarianten (z.B. Fußbodenheizung, Infrarot-Wandheizung usw.) simuliert und vor Ort untersucht werden.

Schnelle Prüfung für Prototypen vorgefertigter Fassadenelemente

Das IBO und die AEE INTEC haben mit der Prüfbox umfassende Kompetenz aufgebaut. Fassadenelemente, aber auch spezielle Fragestellungen wie im Beitrag dargestellt, können mit dieser in Europa einzigartigen Messinfrastruktur schnell und unkompliziert auf viele Parameter geprüft werden. Mit AEE INTEC und IBO als Forschungs- und Geschäftspartner können Firmen, die Fassaden für Plusenergiehäuser entwickeln und bauen, ihre Produkte umfassend auf Funktion, Behaglichkeit und Praxistauglichkeit überprüfen und verbessern.

Mehr Details zu Fassadenelementen im Projekt „Vorgefertigte Fassadenelemente mit maximal integrierten HVAC-Komponenten und –systemen zur Bestandssanierung“ sind hier zu finden.

 

Das IBO ist Mitglied der ACR - Austrian Cooperative Research, einem Netzwerk
von 18 außeruniversitären Forschungsinstituten, die angewandte Forschung und
Entwicklung für Unternehmen, speziell für KMU, betreiben.

Abbildung 1: Vergleich Simulations- und Messergebnisse - Oberflächentemperatur
Abbildung 2: Vergleich Simulations- und Messergebnisse - Oberflächentemperatur
Abbildung 3+4: Vergleich PMV-Fragebogen und Berechnung mit dem Herzratenmodell
Abbildung 3: Feinstaubmessung
Abbildung 6: Ergebnisse Behaglichkeit bei max. Oberflächentemperatur der Decke von 34°C - PMV
Abbildung 7: Ergebnisse Behaglichkeit bei max. Oberflächentemperatur der Decke von 34°C - PPD