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Numerisches Verfahren zur präzisen Berechnung des solaren Eintrags durch transparente Gebäudeflächen

Vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung und in Anbetracht der Tatsache, dass in der EU der Gebäudesektor mit 40% Endenergieverbrauch der Sektor mit dem größten Energieverbrauch ist, wird eine möglichst genaue, physikalisch korrekte energetische Beschreibung von Gebäuden immer wichtiger, da diese ein essentielles Werkzeug zur Steigerung der Energieeffizienz darstellt. Die derzeit zur Berechnung des solaren Eintrags angewendeten Modelle sind relativ ungenau, wohingegen im Zuge der heute üblichen hohen Dämmstandards und der stark gestiegenen Glasflächenanteile in Gebäuden die Bedeutung des solaren Eintrags signifikant zugenommen hat. In der Heizperiode kann der solare Eintrag maßgeblich zur Reduktion des Energieverbrauchs beitragen, in der warmen Jahreszeit zeigen sich häufig Überhitzungssituationen und wachsender Kühlenergiebedarf.

Abbildung

Einschlägige Normen verwenden zur Berechnung von beschatteten Glasflächen Verfahren, die auf stark vereinfachenden Annahmen basieren und deshalb zu ungenauen bzw. zum Teil sehr fehlerhaften Ergebnissen führen. Die alternative Bestimmung des Energiedurchlasses auf empirischem Weg ist nicht praktikabel, da diese sehr aufwändig ist und nur für spezifische Einzelsysteme angewendet werden kann.

Grundlegende Ziele des Projekts „Radi-Cal“ im Rahmen einer industrienahen Dissertation sind daher einerseits die Verbesserung der energetischen Beschreibbarkeit von Gebäuden und andererseits die Entwicklung eines Tools, das es z. B. Herstellern von Sonnenschutzsystemen oder Glasfassaden ermöglicht, die energetische Wirkung ihrer Systeme auf einfache Weise zu planen, zu evaluieren und zu optimieren. Dazu wird eine physikalisch fundierte, universell anwendbare und genaue Berechnungsmethodik zur Beschreibung des solaren Eintrags entwickelt, die auf transparente und kohärente Weise bestehende Ansätze erweitert und kombiniert, exakte Geometrien und optische Eigenschaften aller Oberflächen berücksichtigt und auf moderne numerische Verfahren wie Monte-Carlo-Raytracing zurückgreift. Dadurch sollen praxisrelevante, virtuelle Messungen ermöglicht werden. Mit Hilfe eines im Rahmen des Projekts entwickelten Software-Tools werden die Funktionstüchtigkeit, Validität und Zweckmäßigkeit des Verfahrens nachgewiesen und potentielle Anwendungsbereiche aufgezeigt. Außerdem wird eine innovative Schnittstelle konzipiert, um die Berechnungsergebnisse in dynamische Gebäudesimulationen oder Energieeffizienz-Berechnungsprogramme integrieren zu können.

Die neue Berechnungsmethodik soll möglichst unmittelbar im Rahmen der geforderten normativen Nachweise und Gebäudesimulationen zur Anwendung gelangen. Der Fokus liegt auf der Berechnung von beweglichen und statischen Beschattungseinrichtungen, bzw. der Berechnung des solaren Energieeintrags aller aktiv, passiv oder eigenverschattenden Fenster oder Glasfassaden. Das Verfahren kann jedoch auch für eine Vielzahl an Aufgabestellungen in verwandten Bereichen z. B. Solarthermie, Photovoltaik, opaken Fassaden, etc. eingesetzt werden.

Auftraggeber
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft im Rahmen des Programms „industrienahe Dissertation“

Ansprechperson
Dipl.-Ing. Daniel Rüdisser, d.rüDiese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Betreuer
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. tech. Michael Monsberger, Integrated Building System, Institut für Baubetrieb und Bauwirtschaft, TU Graz
Dipl.-Ing. Dr. Karl Höfler, AEE  INTEC