Energieversorgung und Gebäudetechnik

Warum Bauphysik?

• Bauphysik dient dem Wohl von Mensch und Tier.
• Sie hilft, die Bausubstanz zu erhalten.
• Sie schont Umwelt und Ressourcen.
• Sie spart Energie und Betriebskosten.

Baurechtliche Anforderungen

• Technische Baubestimmungen müssen bei der Erfüllung der Grundanforderungen an Bauwerke beachtet werden.
• Wärmeschutz ist gemäß § 3 und § 15 Absatz 1 MBO zu gewährleisten.
• Die technischen Regeln zum Wärmeschutz sind in Abschnitt A 6.2 zu finden.

A 6.2 Technische Anforderungen

• Anforderungen an Planung, Bemessung und Ausführung an bestimmte bauliche Anlagen nach § 85a Abs. 2 MBO.
• DIN 4108-Regeln werden als Ausführliche Technische Regelwerke angewendet.
• Anforderungen hinsichtlich Planung, Bemessung und Ausführung an bestimmte bauliche Anlagen nach § 85a Abs. 2 MBO.

Gesetzliche Anforderungen

• Vorgaben für Neubau und Erweiterungen (§10, §51)
• Anforderung an Sommerlichen Wärmeschutz (§14)
• Anforderung an die Dichtheit (§13)
• Anforderung an Mindestwärmeschutz (§11)
• Anforderung an Wärmebrücken (§12)
• Vorgaben für Änderungen im Bestand (§48,§50)
• Anforderung an den Betrieb (z.B. § 60 a)

Förderprogramme

• Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG)
• KfW bietet günstige Kreditfinanzierung.
• BEG KfN (klimafreundlicher Neubau)
• BEG WG (Wohngebäude)
• BEG NWG (Nichtwohngebäude)
• BEG EM (Einzelmaßnahmen)

Energieeffizienz - Energieeinsparung

• Reduzierung von Verbräuchen (z.B. Wärmeverluste, Lüftungsverluste, Warmwasserbedarf)
• Erhöhung des Nutzens im Verhältnis zu den eingesetzten Kosten (z.B. mehr Wärme bei gleichem Energieeinsatz).
• Bereitstellung der Energie, wenn benötigt und sinnvolle Optimierung zur Reduktion von Verbräuchen (z.B. Monitoring, Zeitpläne).

Behaglichkeit - Einflussfaktoren

• Einflussfaktoren auf Behaglichkeit, physikalische, physiologische, und intermediäre Bedingungen.
• Primäre und sekundäre Faktoren.
• Faktoren wie Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung, Luftdruck, Körperliche Verfassung etc

Thermische Behaglichkeit

• Definition der thermischen Behaglichkeit nach DIN EN ISO 7730.
• Thermische Behaglichkeit ist das Gefühl, das Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt.

Wetter, Witterung, Klima

• Wetter: aktueller Zustand
• Witterung: Wetterverlauf über mehrere Tage/Wochen
• Klima: langfristige Wetterverhältnisse einer Region.

Primär-, End-, Nutzenergie

• Energietransformationen von Primärenergie zur Endenergie und Nutzenergie

Erneuerbare Energie

• Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen.

Wärmequelle / Wärmesenke

• Wärmequelle liefert Wärme an eine Gebäudezone.
• Wärmesenke entzieht Wärme einer Gebäudezone.

Bedarf / Verbrauch

• Energiebedarf: rechnerischer Wert zur Erreichung geforderter Zustände.
• Energieverbrauch: tatsächlicher Wert im Betrieb.

Physikalische Grundlagen

• Wärme ist eine Energietransportform über Systemgrenzen hinweg, der sich über Temperatur- und Entropieparameter beschreiben lässt,
• Maßeinheit sind Joule, Watt etc..

Physikalische Grundlagen - Was ist "Wärme"?

• Wärmemenge (Zustandsgröße) – Energiemenge (ungeordnet)
• Wärmestrom (Leistung/ Prozessgröße) – thermische Energiemenge pro Zeit.

Chemische Energie

• Energie durch Bindungen von Atomen und Molekülen.
• Chemische Reaktionen setzen Energie frei (z.B. Verbrennung). (Beispiele für Holz und Gas)

Thermische Energie

• Energie, die ein Stoff durch Temperaturerhöhung speichert. (Beispiel Kartoffeln)

Spezifische Wärmekapazität

• Wärmemenge pro Kilogramm, um die Temperatur um 1 Kelvin zu erhöhen. (Formular, Beispiele für Stoffe wie Wasser, Beton, Holz..etc..)

Spez. Wärmekapazität (Beispielwerte)

• Beispielwerte für verschiedene Materialien (Wasser, Beton, Holz, Sand, Glas, Torf, Luft etc.)

Arbeit und Leistung

• Arbeit = Energie = Zeit.
• Leistung = Arbeit/Zeit (Beispiel: Energiegehalt von Holz und Wandlung zu Leistung in W)

Arbeit und Leistung - Aufgabe

• Berechnung der Leistung eines Teelichts bei bekanntem Energiegehalt und Brenndauer.

Physikalische Grundlagen – Temperatur

• Temperatur als Wärmezustand, bestimmt durch kinetische Energie der Moleküle.
• Absolute Nullpunkt (0 Kelvin).
• Umrechnung Celsius ↔ Kelvin (Beispiele: Siedepunkt Wasser, Schmelzpunkt Eis, absoluter Nullpunkt; Einheitenangaben).

Schmelz- und Verdampfungswärme

• Wärmemenge zum Schmelzen oder Verdampfen von Stoffen (Beispiel Wasser; Formulierung und Einheitenangaben)

Z.B. Einfluss der Kubatur

• A/V-Verhältnis bei verschiedenen geometrischen Körperformen.

Wärmetransport - Wärmeleitung

• Wärmetransport von warm nach kalt zwischen Teilchen.
• Wärmeleitung in Festkörpern und Fluiden.

Wärmetransport - Wärmeleitung (detaillierte)

• Maßgebende Größe für Gebäudeenergiebilanz sind Transmissionswärmeverluste.
• U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) beschreibt Wärmedurchgang.
• Je niedriger der U-Wert desto besser die Wärmedämmung.

Wärmedurchgang durch Bauteile

• Methode zur Berechnung von Wärmedurchgang.
• Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert).
• Formel zur Berechnung des U-Wertes (Reihenfolge der U-Wertberechnung; Formel mit Beispielwerten).

Wärmetransport - Konvektion

• Wärmetransport durch Fluidbewegung.
• Freie Konvektion (durch Dichte- und Temperaturunterschiede).
• Erzwungene Konvektion (z.B. Gebläse, Pumpen).

Wärmetransport - Konvektion (detaillierte)

• Größen in der Gebäudeenergiebilanz: Lüftungswärmeverluste und Infiltrationsverluste.
• Maßnahmen zur Reduzierung von Verlusten: gute Abdichtung und kontrollierte Lüftungssysteme.

Wärmetransport - Strahlung

• Wärmetransport mithilfe elektromagnetischer Strahlung.
• Strahlung im Vakuum.
• Ausbreitung der Strahlung mit Lichtgeschwindigkeit.

Wärmetransport - Strahlung (detaillierte)

• Sonneneinstrahlung als wesentliche Wärmequelle in der Energiebilanz.
• Einflussfaktoren (Orientierung, Fensterflächen, Sonneneinfallswinkel usw.).
• Möglichkeiten der Einflussoptimierung (z.B. durch Sonnenschutz, Maßnahmen zur Reduzierung).

Gebäudeenergiegesetz GEG

• Gesetz zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien.
• Zweck des Gesetzes: sparsamer Energieeinsatz in Gebäuden.
• Mindeststandards bzgl. den Anforderungen

Ermittlung von Wärmequellen/-senken

• Methoden zur Berechnung von Wärmequellen und -senken.
• Einflüsse auf Wärmebilanz.

U-Wert-Berechnung

• Formel für den Wärmedurchgangswiderstand R.
• Berechnung des Wärmeübergangswiderstandes (für Innen/Außen R_si/R_se).
• Formel zur Berechnung des U-Werts (U=1/R_t).

Sommerlicher Wärmeschutz

• Ziel: Vermeidung von hohem Energieverbrauch durch Kühlmaßnahmen.

Einflüsse auf den sommerlichen Wärmeschutz

• Einflussgrößen auf die Raumtemperatur (Tageszeit, Sonneneinstrahlung, Größe der Außenfenster, Sonnenschutz, Speicherfähigkeit der Bauteile, Luftaustauschrate).

Maßnahmen bei der Gebäudeplanung

• Maßnahmen zur Reduzierung sommerlicher Überhitzung (z. B. Sonnenschutz, massive/speicherfähige Bauelemente, Außendämmung, optimale Bauplanung).

Sonnenschutzvorrichtung

• Typen von Sonnenschutzvorrichtungen (z.B. Jalousien, Markisen, etc.)
• Übertragung von Sonnenenergie in Prozentangaben

Feuchteschutz

• Einfluss von Feuchte auf Raumklima und Bauteile. Schäden durch Flüssigwasser, Wasserdampf, und Eis.

Definition von Feuchte

• Definition von Feuchte.
• Feuchte als Wasseranteil in der Atmosphäre und in Materialien.

Feuchtequellen im Haushalt

• Beispiele für Feuchtigkeitsquellen in Häusern und deren Wasserdampfabgabe (Schlafzimmer, Kochen, Duschen, Wäschetrocknen).

Relative Feuchte bei Erwärmung und Abkühlung

• Veränderung der relativen Luftfeuchtigkeit bei Temperaturänderungen (Diagramme).

Kritische Luftfeuchte an Bauteiloberflächen

• Kritische Feuchtewerte für Schimmelpilzwachstum.
• Tauwasserbildung an Bauteiloberflächen.

Temperaturverlauf durch ein ebenes Bauteil

• Rechnerischer Ansatz für Temperaturverlauf in mehrschichtigen Bauteilen unter stationären Randbedingungen.

Wärmebrücken

• Definition von Wärmebrücken nach DIN EN ISO 10211-1.
• Ursachen und Arten von Wärmebrücken (konstruktiv, geometrisch, konvektiv).

Mindestanforderungen im Bereich von Wärmebrücken

• Vermeidung extremer niedriger Temperaturen.
• Vermeidung von Schimmelpilzbildung.