Optimierung von Atrien und Verbesserung der Anwendung von Planungswerkzeugen (ATRIEN II)

Das Forschungsprojekt ATRIEN II ist Teil des Gesamtvorhabens aus ATRIEN I und ATRIEN II. Es hat zum Ziel, die Wirkung von Atrien auf das Energiekonzept und die Energieeffizienz der Gebäude sowie Möglichkeiten einer verbesserten Integration der Atrien zu untersuchen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden durch die Optimierung des Belüftungskonzeptes des Gebäudes der LBS Nord umgesetzt und hinsichtlich Ihrer Wirkung bewertet. Die Erkenntnisse werden in einem Planungsleitfaden Architekten, Fachplanern und Gebäudebetreibern zugänglich gemacht und enthalten darüber hinaus Hinweise für die Benutzung von Planungswerkzeugen. Das Gebäude der LBS Nord verfügt über großflächig verglaste Lufträume, die während der Kühlperiode durch deutliche Überhitzungen auffielen, während die thermische Behaglichkeit im Kerngebäude und die Energieeffizienz verglichen zu anderen Bürogebäuden relativ schlecht war. Solare Wärmegewinne im Atrium wurden während der Heizperiode nicht nutzbar gemacht und die Vegetationsruhe der Bepflanzung stellte zusätzliche Anforderungen an das Raumklima, die einer Steigerung der Energieeffizienz entgegenstehen. Mithilfe von thermisch - dynamischen Simulationsprogrammen und CFD sowie mehrtägigen Kurzzeitversuchen am Objekt wurde ein neues Regelschema erarbeitet, das im Jahr 2010 umgesetzt wurde. Im Ergebnis konnte die Raumtemperaturen im Atrium und im Kerngebäude während der Kühlperiode deutlich gesenkt werden, während es gelang die Atriumtemperaturen trotz gegenteiliger Anforderung der Bepflanzung während der Heizperiode zu maximieren. Durch die natürliche Lüftung des Kerngebäudes zum Atrium während der Heizperiode anstelle der mechanischen Belüftung, werden solare Wärmegewinne nutzbar gemacht. Bei verbessertem Raumklima konnte der Wärmeverbrauch in 2011 um 21 Prozent, der Kühlenergieverbrauch um 2 Prozent und der Stromverbrauch um 12 Prozent verringert werden Es hat sich herausgestellt, dass der Anteil der wirksamen Öffnungsflächen an der transparenten Fassadenfläche eines Atriums eine hilfreiche Größe ist, um das thermische Verhalten abzuschätzen. Es wird aufgezeigt in welcher Form CFD - und thermische - dynamische Simulationen für die Berechnung von Atrien geeignet sind. So ist deutlich geworden, dass bei stationären CFD - Simulationen die Annahme adiabater Randbedingungen unzulässig ist, weil temporäre Wärmespeicherung der Innenbauteile erheblich zur Minimierung der Spitzentemperaturen beiträgt. Weiterhin haben Berechnungen mit LES - Methoden gezeigt, dass entgegen geläufiger Annahmen, der Einfluss von Wind eine einschränkende Wirkung auf den auftriebsbedingten Luftaustausch haben kann. Die Eignung von RANS Methoden für die Berechnung solcher Situationen ist somit in Frage gestellt.