Durchströmte Vorhangfassaden zur Vorwärmung der Zuluft mechanischer Lüftungsanlagen - Zuluftfassade

Projektinhalt

Im Rahmen von Sanierungsmaßnahmen können die Transmissionswärmeverluste von Außenwänden mittels wärmegedämmten Vorhangfassaden erheblich gesenkt werden. Bei Verwendung transluzenter Vorhangschalen werden auch bedeutsame Solarenergiegewinne erzielt.

Die Nutzung des belüfteten Hohlraums der Fassade, nicht nur zur Feuchteabfuhr, sondern auch für die Vorwärmung der Zuluft, insbesondere bei Verwendung transluzenter Vorhangschalen kann eine wesentliche Minderung der Lüftungswärmeverluste bewirken

Ziel des Forschungsvorhabens ist die theoretische und experimentelle Untersuchung und die Entwicklung geeigneter Systeme.

Kurzfassung der wesentlichen Ergebnisse

Aus Simulationsrechnungen lassen sich hinsichtlich Wandaufbau, Material- und Geometriewahl für Zuluftfassaden folgende Kriterien ableiten:

Orientierung:Durch Südfassaden erhält man etwa doppelt so hohe Wärmegewinne wie für Nordfassaden bzw. vollständig verschattete Fassaden.

Materialien:
- Vorsatzschale: Zuluftfassaden mit transluzenten Vorsatzschalen liefern bis zu dreimal mehr Wärme als opake. Die Wärmeleitfähigkeit der Vorsatzschale hat nur einen geringen Einfluss.
- Wand: Grundsätzlich erhält man höhere Wärmegewinne über eine Zuluftfassade, die an einer gedämmten Wand angebracht ist als über eine Zuluftfassade, die an einer ungedämmten Wand angebracht ist. Der sommerliche Wärmeschutz wird ebenfalls verbessert.

Geometrie:
- Fläche Mit zunehmender Fläche liefern Zuluftfassaden mehr Wärme. Die relative Ausnutzung der Strahlungsenergie sinkt mit steigender Fläche, so dass eine kleinflächige Zuluftfassade mehr Wärme pro Fläche gewinnt als eine großflächige.
- Kanaltiefe: Die andere wesentliche Einflussgröße ist die Kanaltiefe, deren Optimum im allgemeinen zwischen 2 und 25 mm liegt. Das Optimum für Volumenströme von 50 bis 150 m3 verschiebt sich mit steigenden Volumenströmen zu höheren Kanaltiefen und prägt sich auch stärker aus.

An dem Versuchsstand zur Messung von Zuluftfassadensystemen wurden süd- und nordorientierte Zuluftfassaden mit Flächen zwischen 1,4 und 5 m2 hinsichtlich ihrer energetischen Wirkung - Zuluftvorwärmung und Beeinflussung der Transmissions- wärmeverluste - untersucht. Kriterien bei den 14 untersuchten Systemen waren die Materialeigenschaften, Einlaufbedingungen und Einbauten.

Einfache Systeme mit opaken oder transluzenten Vorsatzschalen lassen sich mit hoher Genauigkeit (im Rahmen der Messgenauigkeit) nachrechnen. Systeme mit eingebauten Lochblechen führen zu keiner Erhöhung der Wärmegewinne, da eine gleichmäßige Durchströmung kaum zu gewährleisten ist. Eingebaute Lochbleche mit großen Löchern (4 mm) führen zu um 47 % verminderten Wärmegewinnen. Systeme mit eingebauten Rippen (hinterströmte U-Profile, geschwärztes Streckmetall) erhöhen die Wärmegewinne um 65 bzw. 89 %. Photovoltaik-Module als Vorsatzschalen liefern erhöhte Wärmegewinne, die photovoltaische Leistung wird um bis zu 10 % erhöht. Der Einfluss der Unterkonstruktion, untersucht auf unterschiedlich breiten Prüffeldern, liegt bei 1 %.

Die Filterung der Zuluft beweist, dass ein Großteil des Schwebstaubs in der Außenluft abgeschieden wird. Eine Ansiedlung von Krankheitserregern und Schimmelpilzen in der Zuluftfassade und im Filter schreitet einher mit der Staubabscheidung, opake und nordorientierte Fassaden sind stärker belastet als transluzente und südorientierte. Insgesamt liegt die Belastung durch pathogene Keime unterhalb der Luftbelastung. Bei herkömmlichen hinterlüfteten opaken Fassaden ist das Eindringen von Insekten und Spinnen nicht zu vermeiden.

Schalltechnisch wirkt sich die Zuluftfassadenkonstruktion insbesonders bei der Anwendung von schallabsorbierendem Dämmstoff günstig aus. Erfolgt die Anbringung in einem lärmbelasteten Gebiet, so ist der Einsatz schallgedämmter Zuluftelemente hinter der Zuluftfassade ratsam.

Der Druckverlust steigt durch Einbauten und scharfe Einlaufformen bis auf ein vierfaches des theoretischen Wertes an (in Auslegungsberechnungen berücksichtigt).

Die Konstruktionshinweise resultieren in einer Minimierung der Kanallänge, im Vermeiden v on scharfen Einlaufformen, einer Unterteilung in mehrere Elemente bzw. dem Einsatz von Abstandhaltern zwischen Vorsatzschale und Außenwand. Werden großflächige Zuluftfassaden realisiert, so ist aus Gründen des sommerlichen Wärmeschutzes der k-Wert der Außenwand auf mindestens 0,35 W/m2 K zu reduzieren.

Auslegung:
Durch Optimierung der Kanaltiefe können die Wärmegewinne wesentlich erhöht werden. Z. B. können bei einem Volumenstrom von 75 m3/h, 15 m2 transluzenter Zuluftfassadenfläche mit dem Transmissionsgrad 0,7 und einer optimalen Kanaltiefe von 4 mm 50 % des Lüftungswärmeverlustes eingespart werden. Bei Wohnungen mit geringer Wohnungstiefe (geringem "A(Süd)/V-Verhältnis") ist der Lüftungswärmeverlust stärker reduzierbar als bei Wohnungen mit hoher Grund- und gleicher Fassadenfläche.

Energiegewinn für Zuluftfassaden mit transluzenten Vorsatzschalen bei unterschiedlichen Flächen und optimaler Kanaltiefe zugrunde gelegte Daten: TRY Würzburg (Orientierung: Süd)

Kostenminimierung:
Einfache Systeme sind weitaus kostengünstiger als Systeme mit Rippen o. ä. Das energetisch günstige System mit eingebautem Streckmetall lässt sich ohne hohe Mehrkosten ausführen. Für einfache transluzente Systeme sind Materialkosten von etwa 80 DM/m2 anzusetzen.

 

Siehe auch: Technische Universität München, Lehrstuhl für Bauphysik - Durchströmte Vorhangfassaden zur Vorwärmung der Zuluft mechanischer Lüftungsanlagen - Zuluftfassade