Forschungsprojekt – Integrale Bewertung innovativer Gebäudehüllen Teilprojekt B

Ziel der Untersuchung war es, die Temperaturbelastung an Mehrscheiben-Isolierglas mit im Scheibenzwischenraum integrierten Einbauten zu charakterisieren, um Anhaltspunkte für die tatsächliche Temperaturbelastung marktüblicher Systeme zu erhalten.

Zur Beurteilung der Temperaturen wurde eine in-situ Fassade aufgebaut und über einen Messzeitraum von einem Jahr die raumseitigen Oberflächentemperaturen und Randverbundtemperaturen des Mehrscheiben-Isolierglases erfasst.

Parallel wurden durch solare Simulation in einem kalorimetrischen Prüfstand zu Bestimmung des g-Wertes Temperaturmessungen an den Scheibenoberflächen und an den Oberflächen der integrierten Einbauten bei simulierter solarer Bestrahlung unter realistischen Einstrahlungsbedingungen durchgeführt.

Es existieren eine Reihe von Simulationsverfahren zur Berechnung der auftretenden Temperaturen, die auf ihre Genauigkeit jedoch für diese spezielle Anwendung nicht ausreichend validiert sind. Der Einfluss der Konvektion im Scheibenzwischenraum ist in diesen Modellen nicht hinreichend bekannt. Aus diesem Grund wurden Berechnungen an den Probekörpern mit der CFD-Strömungssimulationssoftware Fluent (Computational Fluid Dynamics) zur Beurteilung des Konvektionseinflusses durchgeführt und mit den Messergebnissen aus der solaren Simulation verglichen.

Anhand der Messergebnisse aus der in-situ Fassade, der kalorimetrischen Simulation und der CFD-Berechnung wurde ein Vergleich zwischen den einzelnen Verfahren gezogen und die Praxistauglichkeit der einzelnen Messungen beurteilt. Zusätzlich wurden die untersuchten Systeme im Hinblick auf ihr Temperaturverhalten bewertet.

Die Berechnungen mit CFD-Simulationsprogrammen haben gezeigt, dass die Berechnung der Temperaturen sehr von der Genauigkeit der Eingangskenngrößen für die Absorptionsgrade abhängt. Die genaue Ermittlung dieser Kenndaten ist komplex und bedarf speziell angepasster Messeinrichtungen. Aufgrund der Komplexität der mathematischen und physikalischen Zusammenhänge kann die Bedienung der Simulationsprogramme und die Umsetzung der Geometrie in eine mathematisches Formel-Matrix nur durch CFD-Anwender mit ausreichender Erfahrung angemessen durchgeführt werden.

Berücksichtigt man den Aufwand zur Erstellung der mathematischen bzw. CFD-simulationstechnischen Grundlagen für die Berechnung der Temperaturen sowie die Abhängigkeit der Ergebnisse von den gewählten Simulationsparametern und Eingangskenngrößen, so ist festzuhalten, dass eine Messung im Labor unter simulierter, solarer Bestrahlung für die Ermittlung der auftretenden Temperaturen das weniger aufwändige und zuverlässigere Verfahren darstellt. Nur für Aufbauten, bei denen der Einfluss verschiedener Parameter an ähnlichen Konstruktionen nachgewiesen werden soll, und somit eine Vielzahl von Messungen nötig wäre, bietet sich das Simulationsverfahren als das Angemessenere an.

Die Ergebnisse der in-situ Fassade und der kalorimetrischen Messung haben gezeigt, dass die im Rahmen einer kalorimetrischen Bestimmung des g-Wertes gemessenen Oberflächentemperaturen nicht den „worst case" der erreichbaren Temperaturen simulieren. Um die Leistungsfähigkeit der integrierten Systeme hinsichtlich der Oberflächentemperaturen zu bestimmen, ist es notwendig, die Randbedingungen der kalorimetrischen Messung dahingehend zu ändern, dass die erhöhten Außenlufttemperaturen und verringerten Wärmeübergangskoeffizienten berücksichtigt werden. Es bietet sich an, während der kalorimetrischen Messung die Außenkammer auf 35° C zu regeln und keine erzwungene Konvektion auf der Außenseite des Probekörpers einzustellen.

Um einen Produktvergleich zwischen den einzelnen Systemen zuzulassen, ist es notwendig, die Messbedingungen im Rahmen einer Richtlinie zur Bestimmung der Oberflächentemperaturen festzulegen.