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Ziel jeder Unternehmung ist es, dem Nutzer einen Mehrwert anzubieten. In der Gebäudetechnik ist dieses Kredo eng verknüpft mit der Behaglichkeit des Nutzers. Diese wird von mehreren Faktoren beeinflusst und ist nicht einfach zu erfassen.
Heizen mit Holz
Beinflussende Faktoren
Der Mensch lässt sich in seiner Behaglichkeit von etlichen Faktoren beeinflussen: Licht, Farben, Materialien, Vibration, Strahlung, Infraschall, statische Elektrizität, Flächen, Temperaturen und der Geometrie. Aber auch durch die Temperatur der Umgebungsflächen, der Luftgeschwindigkeit, Lufttemperatur, Feuchtigkeit und der Luftqualität.
Der durchschnittliche Mensch
Dieser wird definiert durch eine Masse von 60 bis 80 kg, ein Körpervolumen von 0,6 m3, 70 bis 80 Pulsschläge pro Minute. Über die 16 Atemzüge pro Minute wird eine Atemluftmenge von 0,5 m3/h eingeatmet und eine CO2 Menge von 18 bis 20 l/h ausgeatmet (ruhend). Die Körpertemperatur von 37 °C und die mittlere Hauttemperatur von 32 bis 33 °C können über einen Grundwärmeumsatz von 70 bis 80 Watt definiert werden. Die Dauerleistung entspricht 85 Watt und die Verdunstungsrate 40 bis 50 g/h.
Tätigkeit und Bekleidung
Je nach Tätigkeit, welche der Nutzer in einem Raum ausübt, resultieren unterschiedliche Wärmeleistungen bei unterschiedlichen Raumtemperaturen. Diese kann als latente oder sensible Wärme an den Raum abgegeben werden.
Die physische Tätigkeit wird in der Grundgrösse met (metabolism) ausgedrückt und liegt irgendwo zwischen 0,8 bis 8. Dabei entspricht 1 met etwa 60 W/m2.
Die Bekleidung einer Person wird in clo (clothing) ausgedrückt und liegt zwischen 0 und 3. Dieser Wert drückt den thermischen Widerstand der Bekleidung aus. 1 clo entspricht dabei 0,155 m2*K*W-1.
Das persönliche Empfinden
Behaglichkeit im thermischen Umfeld
Die empfundene Temperatur oder auch Behaglichkeitstemperatur zeigt sich im Mittelwert zwischen der Raumlufttemperatur und der Temperatur der Umgebungsflächen (geometrisch gewichtete Oberflächentemperatur).
Die optimale Raumtemperatur ergibt sich aus der Bekleidung und der Tätigkeit in Abhängigkeit der geplanten Unzufriedenen. Es resultiert die operative Raumtemperatur im Winter.
Die geometrisch gewichtete Oberflächentemperatur errechnet sich aus den Einstrahlzahlen auf den menschlichen Körper aus den einzelnen Oberflächen der Umgebung.
Bild: Berechnung der geometrisch gewichteten Oberflächentemperatur.
Vorsicht beim Sanieren einer Erdsonden-WP
Typische Oberflächentemperaturen von Bauteilen (U-Wert = Wärmedurchgang in W/m2*K):
|U-Wert||0.30||0.20||0.15||0.10|
|Oberfläche innen||°C||19.8||20.2||20.4||20.6|
Tabelle: Wand gegen aussen
|U-Wert||1.60||1.30||1.10||0.70|
|Oberfläche innen||°C||14.8||16.0||16.7||18.3|
Tabelle: Fenster
Wärmebedarf nach Gebäudestandart
Schlecht gedämmte Wohnhäuser
50-70 W/m2
Gut gedämmte Wohnhäuser
40-50 W/m2
Neubauten
25-40 W/m2
Dienstleistungsgebäude
60-80 W/m2
Minergie-Gebäude
20-30 W/m2
Minergie P-Gebäude
8-20 W/m2
Kaltluftabfall an Fenstern
Zugserscheinungen als unerwünschte lokale Unterkühlung des Körpers werden durch Luftströmungen und Temperaturunterschiede hervorgerufen. Bei einem Fenster verschlechtert sich die Empfindung bei tieferen Oberflächentemperaturen innen und bei höheren Fenstern.
U-Wert
2.6
1.1
0.8
0.5
Oberfläche innen
°C
10.3
15.9
17.0
18.1
h= 1.2 m
%
17.3
12.2
10.6
8.4
h= 1.5 m
%
18.9
13.4
11.7
9.5
h= 1.8 m
%
20.2
14.5
12.7
10.3
h= 2.1 m
%
21.4
15.4
13.6
11.1
Tabelle: %-Anteil Unzufriedene bei unterschiedlich guten Fenstern und Fensterhöhen.
Zugluft und Unbehaglichkeit durch Lüftungen
Gleiches gilt im Übrigen auch bei Lüftungsanlagen, besser als turbulente Luftbewegungen und unterschiedliche Luftgeschwindigkeiten durch eine mechanische Lüftung ist eine konstante Luftströmung. Dies erlaubt u.a. eine wesentlich höhere mittlere Luftgeschwindigkeit ohne Abstriche bei den Unzufriedenen.
Reduktion der Unzufriedenen
Fenster und Kaltluftabfall sind heute nach wie vor der grösste Hebel, um die Anzahl der Unzufriedenen in einem Raum zu senken. Und, je mehr Flächen mit hohen Oberflächentemperaturen desto geringer fällt die benötigte Raumtemperatur aus. Dies ist mitunter ein Grund, weshalb bei Neubauten Flächenheizungssysteme den Heizkörpern gegenüber bevorzugt werden. Eine Fussbodenheizung kann gegenüber Heizkörpern mit 1-2 °C weniger Raumtemperatur dieselbe thermische Behaglichkeit erreichen. 1 °C Raumtemperatur weniger spart 6% Heizenergie ein. In einem Altbau mit Heizkörpern ist eine Maximierung der Heizflächen auf den vorhandenen Platz und die Erhöhung des Strahlungsanteils sinnvoll. Sprich: Verzicht auf Konvektion und Lamellen an Heizwänden, soweit dies möglich ist.
Ungenügend ist der klassische Heizungsersatz
Es ist zu sehen, dass die thermische Behaglichkeit durch unsere Umgebung stark beeinflusst wird. Dies wird spätestens dann zu Problem, plant man einen klassischen Heizungsersatz. Man baut ein komplett neues System ein und dies meist mit einem anderen Energieträger wie zuvor. Die neue Heizung wird jedoch selten, neu auf die Umgebungsbedingungen und die Nutzer ausgerichtet. Ein korrekt ausgeführter Heizungsersatz führt praktisch immer zu Eingriffen in der Wärmeabgabe und der -verteilung. Wie wurde bei Ihnen das letzte Mal eine Heizung ersetzt?
Verlorene Systemeffizienz
Wird bei einer Erneuerung nicht das ganze System neu aufeinander abgestimmt, büsst dies immer der Kunde durch eine schlechtere Gesamteffizienz und höhere Betriebskosten über die Lebensdauer der neuen Anlage. Dieser Mangel kommt wesentlich teurer als die Mehrinvestition in einen gewissenhaften Profi.