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Kühle Gebäude im Sommer

Dem sommerlichen Wärmeschutz wird zukünftig aufgrund des Klimawandels mit zunehmenden Hitzeperioden eine immer wichtigere Bedeutung zukommen. Die negativen Auswirkungen sind vielfältig und reichen von Komforteinbußen über ernste gesundheitliche Folgen bis hin zu stei gendem Stromverbrauch von Klimaanlagen. Die Entwicklung von Strategien zur Vermeidung von Überhitzung von Innenräumen mit passiven Maßnahmen ist deshalb von immenser Bedeu tung. In einer groß angelegten Parameterstudie wird der Einfluss von passiven Maßnahmenpa keten, Klimadaten sowie Nutzungs- und Fassadentypen untersucht. Hierfür werden Muster räume für die Nutzungstypen Wohnen, Büro und Schule modelliert. Um klimatische Unter schiede in Deutschland abzubilden, werden die Städte Rostock (kühles Klima), Potsdam (durch schnittliches Klima) und Mannheim (warmes Klima) für die Untersuchung ausgewählt, die in un terschiedlichen Sommerklimaregionen liegen. Der Klimawandel wird über die ortsgenauen Zu kunfts-Testreferenzjahre Normaljahr 2045 und extrem warmer Sommer 2045x abgebildet so wie durch Wetterdaten des extrem warmen Sommers 2018 ergänzt. Ausgewertet werden Über temperaturgradstunden nach dem Komfortband des Nationalen Anhangs der DIN EN 16798-1. Ergänzt wird die Parameterstudie durch eine Energiebedarfsanalyse und Wirtschaftlichkeitsbe trachtung. Beim anschließenden Methodenvergleich, der u.a. die beiden Verfahren nach DIN 4108-2, Komfortbewertungen nach DIN EN 16798-1 und deren Nationalem Anhang einschließt, werden ebenfalls Berechnungen und thermische Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse - insbesondere hinsichtlich Einhaltung der Anforderungswerte - verglichen. Eine qualitative Einschätzung der Aussagekraft, der Komplexität und des Arbeitsaufwands rundet den Methodenvergleich ab. Im Rahmen der Studie wurde ferner eine rechtsgutachtliche Stellungnahme erstellt mit dem Thema erstellt, welche Bedeutung das im Gebäudeenergiegesetz verankerte Wirtschaftlichkeitsgebot für die Anforderungen zum sommerlichen Wärmeschutz hat. Aus den Ergebnissen der Studie werden Handlungsempfehlungen abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht

Energiesparende funktionelle Beschichtungen von Polymermaterialien für die Folienarchitektur (Follow-e), Teilvorhaben: Beschichtungstechnologie

1. Vorhabenziel Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte, insbesondere die Einstellung des Plasmaprozesses durch eine Optimierung der Netzteile und der Algorithmen zur Unterdrückung des Arcings berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung Der Arbeitsplan umfasst insgesamt 19 Arbeitspakete. An 11 dieser Arbeitspakete ist das Fraunhofer ISE beteiligt. Dabei geht es unter anderem um die Unterstützung des Koordinators ROWO bei der Projektleitung, die Definition geeigneter Schnelltests zur Stabilität, Entwicklung und Optimierung der (aktiven) Sputterschichten und der Schutzlackschichten, Test und Charakterisierung (optische Eigenschaften und Langzeitstabilität), Auswahl und Behandlung kritischer Sputterprozesse, Optimierung der Prozessführung und Upscaling.

Energiesparende funktionelle Beschichtungen von Polymermaterialien für die Folienarchitektur (Follow-e), Teilvorhaben: Untersuchungen zur Optimierung der Stromversorgung aus Sicht des Gesamtsystems bezüglich kritischer Parameter bei der Beschichtung

1. Vorhabenziel: Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte, insbesondere die Einstellung des Plasmaprozesses durch eine Optimierung der Netzteile und der Algorithmen zur Unterdrückung des Arcings, berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung: Zunächst werden die auf Fluorpolymerfolien zu erreichenden Schichteigenschaften festgelegt. Netzteil-Parameter zur Verbesserung der Prozessführung werden identifiziert. Die Arc-Löschparameter werden zunächst für kurzzeitige und dann für langfristige Prozessbetrachtung optimiert. An den Netzteilen werden entsprechend der Ergebnisse der anderen Arbeitspakete neue Arc-Detektionskriterien entwickelt. Zum Schluss wird der Prozess bei Rowo mit Unterstützung des ISE eingefahren.

Energiesparende funktionelle Beschichtungen von Polymermaterialien für die Folienarchitektur (Follow-e), Teilvorhaben: Industrielle Großflächenbeschichtung von Fluorpolymerfolien mittels Sputtertechnik

1. Vorhabenziel Gegenstand dieses Vorhabens ist die Veredelung von transparenten funktionellen Polymerfolien durch Vakuumbeschichtungsverfahren für den Einsatz im Baubereich, mit Schwerpunkt auf low-e-beschichteten Folien für die Verbesserung der Energieeffizienz in der Folienarchitektur (ggf. ergänzt um Sonnenschutz). Diese Entwicklungen basieren auf den Erfahrungen mit der Beschichtung von Glas, die auf Folienmaterialien übertragen werden sollen. Eine wesentliche Innovation erfährt das Schichtsystem durch die Ergänzung um eine Lackschicht, die erst eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit ermöglicht. Dabei werden auch produktionsrelevante Aspekte berücksichtigt. 2. Arbeitsplanung Während dieses Vorhabens koordiniert ROWO Coating mit Unterstützung des ISE die geplanten Projektarbeiten des Gesamtverbundes. Nach der Auswahl der geeigneten Fluorpolymerfolien als Basisfolie sowie Korrosionsschnelltests zur Beurteilung der Schichtstabilität werden die Umrüstungsarbeiten für die geplanten Plasmavorbehandlungen und Reaktivgas-Sputterbeschichtungen sowohl auf der Laboranlage als auch an den Versuchsstationen im Produktionsrollcoater mit Unterstützung des ISE parallel zu ihrem Materialscreening durchgeführt. Ein Ausgangsschichtsystem wird eingefahren, gefolgt von Upscaling- und Optimierungsarbeiten an den selektierten Schichtsystemen und den neuen Netzgeräten von Hüttinger. Die beschichteten Versuchsrollen werden fortlaufend für die nachfolgenden Schutzlackierungen dem Projektpartner Dunmore Europe GmbH übergeben.

Weiterentwicklung von Verfahren für die Bewertung der Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Rahmen der EnEV-Methode einschließlich der Festlegung von Mindestanforderungen, Teilprojekt 4: Innovative Dachoberlichter

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung genauerer Bewertungsansätze für die Beurteilung der Energieeffizienz von Belechtungsanlagen (künstliche Beleuchtung und Versorgung mit Tageslicht), die für eine normative Umsetzung geeignet sind. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen dazu geeignet sein, in die entsprechenden rechtlichen Verordnungen einzufließen. Ausgangslage: Gebäude über Dachoberlichter natürlich zu belichten, ist lichttechnisch, energetisch und wirtschaftlich die effizienteste Art der Tageslichtnutzung. Dachoberlichtflächen, die über das ganze Jahr eine gute Tageslichtversorgung sicherstellen sollen, führen jedoch im Sommer möglicherweise zu Blend- und Erwärmungsproblemen durch solare Einstrahlung in den darunter liegenden Räumen. Technische Lösungen für Verschattungssysteme für Dachoberlichter, die bei direkter Besonnung aktiviert werden, werden mittlerweile am Markt angeboten. Ungleich der Bewertungsmethodik vertikaler Fassaden existieren für derartige Systeme weder Rechenmethode noch Rechenwerte. Aufgabenstellung des Teilprojektes war die Entwicklung einer entsprechenden Rechenmethode in Abstimmung mit dem Bewertungsmodell für vertikale Fassaden nach DIN V 18599-4 und Ermittlung repräsentativer Systemkennwerte durch Berechnung und/oder Messung. Konzept: Zunächst erfolgte eine Analyse des vorliegenden Schrifttums bzgl. des bisherigen Bewertungsverfahrens für Dachoberlichter, welches der DIN V 18599 zu Grunde liegt. Im Anschluss erfolgte eine ergänzende Analyse der bereits umgesetzten entsprechenden Verfahren zur Bewertung von dynamischen Vertikalfassaden (Fassaden mit Sonnenschutzsystemen) in der DIN V 18599-4. Hierauf basierend wurde ein methodischer Ansatz entwickelt, welcher es ermöglicht, aus detaillierten Berechnungen unter Berücksichtigung der Photometrie der Dachoberlichtkomponenten vereinfacht die relative Nutzbelichtung in den angrenzenden Räumen zu ermitteln. Hierbei wurde auf am Fraunhofer-Institut für Bauphysik entwickelte numerische Verfahren zur Ermittlung der relativen Nutzbelichtung zurückgegriffen. Ergebnisse: Ergebnis ist ein methodischer Ansatz inklusive ausgewählter Systemkennwerte, welcher es ermöglicht, unter Berücksichtigung der Photometrie der Dachoberlichtkomponenten vereinfacht die relative Nutzbelichtung in den angrenzenden Räumen zu ermitteln. Die derartig bereitgestellten relativen Nutzbelichtungen für die Zustände 'Sonnenschutz aktiviert' und 'Sonnenschutz nicht aktiviert' können unmittelbar in dem Verfahren der DIN V 18599 als Tageslichtversorgungsfaktoren zur Bewertung der Tagesversorgung durch Dachoberlichter auf den Gesamtenergiebedarf für Beleuchtung genutzt werden.

Thermotroper Hochleistungsfüllstoff für Sonnenschutzfassaden, Teilvorhaben: Oberflächenmodifizierung mineralischer Grundkörper mit thermotropen Templatstrukturen und deren Einsatz in Kunststoffsystemen

Thermotroper Hochleistungsfüllstoff für Sonnenschutzfassaden, Teilvorhaben: Thermotrope Templatstrukturen

Schaltbare Verglasung auf der Basis von lyotropen und nematischen Flüssigkristallen, Teilaufgabe Integration in Isolierverglasung, Belastungstests, zusätzliche funktionale Schichten

Energieeinsparung contra Behaglichkeit?

Eine der wesentlichen Aufgaben einer Gebäudeplanung ist, für die jeweilige Nutzung angemessene Innenraumbedingungen durch den Entwurf, baukonstruktive Maßnahmen und technische Anlagen sicherzustellen. Die zunehmenden Anforderungen an Energieeinsparung und Klimaschutz fordern dazu heute ein Vorgehen, bei dem die Begrenzung der klimarelevanten Emissionen und des fossilen Energieverbrauchs besondere Beachtung finden. Während für den Winterfall bewährte Konzepte den Einzug in die Baupraxis gefunden haben, hat vor allem der Jahrhundertsommer 2003 Mängel hinsichtlich der sommerlichen Situation offenbart: - Aktuelle Gerichtsurteile bestätigten, dass vermietete Räume für die Nutzung angemessene sommerliche Raumtemperaturen aufweisen müssen. Ist dies nicht der Fall, liegt ein Mangel vor, der eine Mietminderung rechtfertigt und bauliche (Sonnenschutz) oder anlagentechnische (Kühlung) Nachrüstungen erforderlich macht. In Anbetracht der vorhergesagten globalen Klimaerwärmung steigen die Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz von Gebäuden. - Zusätzliche Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden steigert den Energieverbrauch. Die nationale Umsetzung der Gesamtenergieeffizienz Richtlinie der EU fordert die Einführung von ganzheitlichen Primärenergiegrenzwerten, die die Kühlung und Klimatisierung einbeziehen und damit dem Mehrverbrauch zukünftig Grenzen setzen. Wegen der besonderen Relevanz, legen die Verfasser den Schwerpunkt der Betrachtung auf Büro- und Verwaltungsbauten. Im Vordergrund stehen dabei Gebäude ohne Teil- oder Vollklimaanlagen und mit hohem Potenzial zur individuellen Einwirkung der Nutzer auf das Raumklima. Sie bieten damit - im Sinne der Fragestellung für die vorliegende Forschungsarbeit - prinzipiell gute Voraussetzungen für einen sparsamen Umgang mit Energie bei hoher Behaglichkeit.

Passive Solarenergienutzung mit Folienrollos in einem Schulgebaeude und einem Verwaltungsgebaeude

Im Gegensatz zu den herkoemmlichen, fest installierten Systemen zur Energieeinsparung im Fensterbereich (Rolladen, beschichtete Glasscheiben) erlaubt das im ISE entwickelte Folienrollsystem eine an die aktuellen Strahlungs- und Temperaturverhaeltnisse angepasste Steuerung des Energiestromes im Fensterbereich. Durch die Verwendung verschiedener selektiv beschichteter Folien wird erreicht, dass an Sommertagen nur ein Teil des sichtbaren Lichtes durch das Fenster gelangt und der IR-Anteil reflektiert wird. An Wintertagen hingegen gelangt das gesamte solare Spektrum durch das Fenster. Waehrend der Winternacht wird das gesamte sichtbare Spektrum einschliesslich des langwelligen IR-Spektrums in den Raum zurueckreflektiert. Damit kann mit diesem System sowohl die Kuehllast eines Gebaeudes im Sommer als auch die Heizlast im Winter reduziert werden.

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