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Lichttechnische Bewertungsmethodik für Verschattungssysteme von Dachoberlichtern

Gebäude über Dachoberlichter natürlich zu beleuchten ist lichttechnisch, energetisch
und wirtschaftlich die effizienteste Art der Tageslichtnutzung.
Dachoberlichter wurden bisher zumeist als rein statische Systeme ohne variablen Sonnenschutz ausgeführt. Generell ermöglichen Dachverglasungssysteme mit variabler Verschattungsfunktionalität eine andere Gestaltung von Dachflächen. Sie bieten im Allgemeinen in den strahlungsreichen Zeiten einen effizienteren Sonnen- und Blendschutz als statische Systeme. Die Planungsempfehlung eines maximalen Tageslichtquotienten von 10 %, wie sie beispielsweise in DIN 5034-6 genannt wird, die aus Gründen des sommerlichen Wärmeschutzes, nicht aber lichttechnisch motiviert ist, kann damit gelockert werden.

Dieser Bericht baut auf dem vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) sowie Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) geförderten Vorhaben „Weiterentwicklung von Verfahren für die Bewertung der Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen im Rahmen der EnEV Methode einschließlich der Festlegung von Mindestanforderungen - Teilprojekt 4 Innovative Dachoberlichter“ auf und erweitert das Modell zur lichttechnisch – energetischen Bewertung dynamischer Dachoberlichtlösungen für die Anwendung in weiteren Klimazonen. Es kann somit als Verfahrenserweiterung unter anderem für die bevorstehende Überarbeitung der Europäischen Norm EN 15193 vorgeschlagen werden.

Der Bericht beinhaltet die formale Erweiterung des bisher in der DIN V 18599-4 und in der EN 15193-1 angewandten Modells und die erforderliche Parametrierung des Modells für verschiedene europäische Klimate. In sich verstellbare Verschattungssysteme (Lamellenbasierte Lösungen, bei denen der Anstellwinkel z. B. in Abhängigkeit des Sonnenstandes angepasst wird) werden hinsichtlich der einstrahlungsabhängig stark variierenden Systemphotometrie und damit der variierenden wirksamen Lichttransmission gesondert betrachtet. Die Anpassung derartiger Systeme auf das zuvor entwickelte Modell wird in einem eigenen Kapitel abgehandelt. Danach wird die Anwendung des neuen Modells anhand eines Beispiels erläutert.
Abschließend werden in einer gesamtenergetischen Betrachtung Antworten auf folgende Fragen gegeben:
• Können Anzahl bzw. Größe von Dachoberlichtern durch den Einsatz von variablen Verschattungssystemen vergrößert werden, so dass der Gesamtenergiebedarf von Gebäuden reduziert werden kann?
• Wie sind Dachoberlichtlösungen technisch gegenüber dem aktuellen Stand weiter zu entwickeln, um das gesamtenergetische Verhalten von Gebäuden zu verbessern?

Die Studie des Fraunhofer-Institut für Bauphysik kann für 100,-- € / Stück beim FVLR bestellt werden.

       
 
       
 

Dachoberlichtflächen und Energiebedarf von Hallenbauten nach DIN V 18599

Mit Dachoberlichtern, Lichtkuppeln oder Lichtbändern, können Innenräume in großflächigen Nichtwohngebäuden (Büro-, Verwaltungs- und Industriebau) betriebskostenfrei beleuchtet werden. Wie ist es dabei grundsätzlich um die energetische Bilanz von Dachoberlichtern bestellt? Einerseits gibt es Gewinne durch Einsparungen bei der künstlichen Beleuchtung, andererseits sind da Verluste durch schlechtere Wärmedämmeigenschaften der transparenten Flächen gegenüber der dunklen Dachfläche. Es macht betriebswirtschaftlich durchaus Sinn, sich mit diesem Thema ausführlicher zu beschäftigen. Für eine Analyse ist das ganzheitliche Bilanzierungsverfahren der 10-teiligen DIN V 18599 "Energetische Bewertung von Gebäuden, Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung" unter Verwendung eines EDV-Programms bestens geeignet.

Der FVLR e.V. hat das Zentrum für Umweltbewusstes Bauen (ZUB) an der Universität Kassel unter der Leitung von Herrn Prof. Maas beauftragt, den End- bzw. Primärenergie-bedarf verschiedener Dachoberlichtanordnungen (Flächen und Ausführungen) in einer Musterhalle zu ermitteln und gegenüber zu stellen. Weiter sollte der Einfluss von Dachoberlichtern auf den sommerlichen Wärmeschutz geklärt werden (Berechnung des Nutzenergiebedarfs für das Kühlen / Ermittlung der Sonneneintragskennwerte gemäß DIN 4108-2).

Basis ist das Beispiel der Produktionshalle aus Anhang A.4.2 der DIN V 18599-4. Für die Abbildung der baulichen Hülle sowie der anlagentechnischen Ausstattung wurden die Vorgaben aus dem Referenzgebäude aus dem Entwurf der Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung (EnEV), Stand 18.06.2008), übernommen.
Zunächst wurden 12 Dachoberlichter mit den Abmessungen 1,0 m x 10,00 m (= 120 m² Gesamtfläche) untersucht. Anschließend wurde die Fläche verdoppelt (12 Stück mit 2,0 m x 10,00 m). Zudem wurde der U-Wert der Dachoberlichter in den Berechnungen ausgehend von 2,4 W/(m²K) über 2,0 W/(m²K) auf 1,5 W/(m²K) reduziert und die energetischen Auswirkungen betrachtet.

  • Erwartungsgemäß sinkt bei einem erhöhten Tageslichtanteil der Primärenergiebedarf für die Beleuchtung.
  • Die Veränderungen hinsichtlich des Primärenergiebedarfs für die Beheizung der Gewerbehalle sind vergleichsweise gering, wobei diese mehreren Einflüssen unterliegen. Wird die Fläche der Dachoberlichter wie im Beispiel verdoppelt, erhöht sich der mittlere Transmissionswärmetransferkoeffizient um knapp 22 %. was eine Erhöhung des Nutzenergiebedarfs Heizung zur Folge hat. Gleichzeitig wird durch die Reduktion des Kunstlichtbedarfs die daraus resultierende interne Wärmequelle verringert.
  • Diese beiden Effekte werden durch die gestiegenen solaren Wärmeeinträge fast kompensiert, so dass der Primärenergiebedarf Heizung letztlich nur etwas ansteigt.
  • In Kombination von Beleuchtung und Heizung nimmt der Primärenergiebedarf bei wachsender Dachoberlichtfläche sogar deutlich ab.

Aus den durchgeführten Berechnungen und den untersuchten Parametervariationen können folgende Aussagen getroffen werden:

  • Heizenergiebedarf
    Eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche bei konstantem U-Wert führt zu einer geringen Zunahme des Heizenergiebedarfs, konkret hat die Veränderung der Fläche einen Einfluss von weniger als 3 %.
  • U-Wert
    Eine Verbesserung des U-Wertes der Dachoberlichter bei konstanter Fläche führt zu einer Reduzierung des Heizenergiebedarfs (max. - 6 %).
  • Gesamtenergiebedarf
    Eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche (hier Verdoppelung) führt unabhängig vom U-Wert immer zu einer Reduzierung des gesamten spezifischen Primärenergiebedarfs, und bei einem niedrigeren U-Wert der Dachoberlichter wirkt sich eine Vergrößerung der Dachoberlichtfläche positiv auf den Gesamtenergiebedarf aus.
  • Sommerlicher Wärmeschutz
    Verschattungseinrichtungen sind geeignet und erforderlich, um im Sommer eine Überhitzung der Gewerbehalle zu vermeiden und damit positive Auswirkungen hinsichtlich des sommerlichen Wärmeschutzes erzielen zu können.
Unter dem Titel "Dachoberlichtflächen und Energiebedarf von Hallenbauten nach DIN V 18599" können Exemplare der Studie gegen eine Kostenpauschale von 30,-- Euro / Stück beim FVLR angefordert werden.