Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude

Anlass / Ausgangslage:
Der Ausgangspunkt für das Forschungsprojekt war zum einen, dass bisher ohne aufwändige Simulationsrechnungen Aussagen zum Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit von Gebäuden auf den Energiebedarf, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit bisher nicht möglich waren. Mit Hilfe der Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex sollte Abhilfe geschaffen werden.
Zum anderen sollte für Massivholzgebäude, mit Sichtholzoberflächen, die Umsetzbarkeit eines bauteilintegrierten Flächenheiz- und Kühlsystem untersucht werden.

Zielsetzung:
Ziel des Forschungsprojektes war zum einen die Entwicklung eines Wärmespeicherfähigkeitsindex für Gebäude, welcher es ermöglicht, ohne aufwendige Simulationsrechnungen Aussagen bezüglich des Einflusses der Wärmespeicherfähigkeit auf den Nutzenergiebedarf für Heizen, das sommerliche Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit treffen zu können.
Zum anderen wurde in diesem Projekt für Massivholzgebäude, mit Sichtholzoberflächen, die Umsetzbarkeit eines bauteilintegrierten Flächenheiz- und Kühlsystems untersucht.

Durchführung:
Im Rahmen der Forschungsarbeit wurden Versuchskuben aus verschiedenen Außenwandkonstruktionen errichtet und unter Anwendung unterschiedlich gesteuerter Heizungs- und Lüftungsprogramme über ein Jahr messtechnisch untersucht. Parallel zu den realen Kuben wurden Simulationsmodelle erstellt und nach einer erfolgreichen Validierung auf ein repräsentatives Mehrfamilienhaus übertragen, an dem dann eine Simulationsvariantenuntersuchung durchgeführt wurde.
Des Weiteren wurden Prototypen thermisch aktivierter Massivholzelemente mit bauteilintegrierten Flächenheiz- und Kühlsystem produziert und es wurde ein zugehöriges numerisches Simulationsmodell entwickelt und mittels Labormessdaten validiert.

Ergebnisse:
Die Forschungsarbeit hat zu der Erkenntnis geführt, dass die thermische Speicherfähigkeit eines Gebäudes einen wesentlichen Einfluss auf den Energiebedarf, das thermische Überhitzungspotential und die thermische Behaglichkeit hat. Der Einfluss kann mittels der entwickelten Wärmespeicherfähigkeitsindices abgeschätzt werden. Bauteile mit einer hohen wirksamen Wärmespeicherfähigkeit wirken sich positiv aus. Für Gebäude mit extrem schwerer im Vergleich zu extrem leichter Bauweise wurde z. B. ein um bis zu 9 % geringerer jährlicher Heiz-Nutzenergiebedarf ermittelt.
Weiterhin wurde im Rahmen des Forschungsprojektes die Umsetzbarkeit von luftgeführten thermisch aktivierten Massivholzelementen als Flächenheiz- und Kühlsystem nachgewiesen. Versuche und Simulationen haben gezeigt, dass eine Heizleistung von 47 W/m²-Elementfläche bei Raumlufttemperaturen von 20 °C und 50 % relativer Luftfeuchte dauerhaft möglich sind. Im Kühlbetrieb sollte eine dauerhafte Systemleistung von 24 W/m²-Elementfläche nicht überschritten werden.