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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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Quelle: aardeplan

Grundlagen

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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

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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

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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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Manfred Huber, dipl. Arch. ETH SIA, Geschäftsführer aardeplan agaardeplan ag,  Architekten ETH SIA,  Baarmanfred@aardeplan.ch;  www.aardeplan.ch

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

www.aardeplan.ch

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