Passives Hauskonzept Teil 1
- Irene Ludovic
- Feb 9, 2023
- 3 min read
Updated: May 29, 2023
Mit dem ersten Planentwurf des Hauses habe ich eine einfache Abschätzung des passiven Charakters des Hauses vorgenommen. Zunächst habe ich die Dämmung des Hauses mit der sehr nützlichen App von der ubakus-Website [1] bestimmt. Für unseren ursprünglichen Entwurf habe ich einen Wärmedurchgang durch die Wände von 225 W/K ermittelt. Die Wärmeverluste oder -gewinne hängen dann von der durchschnittlichen Aussentemperatur (T(t)) ab, die ich von der Wetterstation der Kanti Glarus [3] übernommen habe.
Die durchschnittliche Innentemperatur Tin durfte zwischen 19°C und 26°C schwanken und wurde jeden Monat angepasst, um die Differenz zwischen Input- und Output-Wärmetransfer zu verringern.
Für den Wärmegewinn durch die Fenster habe ich eine einfache Vektorgeometrie verwendet, wobei die x-Achse nach Osten, die y-Achse nach Norden und die z-Achse nach oben zeigt. Die Idee ist, die Wärmegewinne und -verluste für einen typischen Tag in jedem Monat zu berechnen. Für die Position der Sonne habe ich den Wert des 21. des Monats verwendet.
Der Vektor der Sonneneinstrahlung ist gegeben durch:
Der Elevationswinkel epsilon und der Azimutalwinkel alpha wurden mit Daten der Website suncalc [2] bestimmt. Für die Intensität der Sonneneinstrahlung habe ich Daten der Wetterstation der Kanti Glarus [3] verwendet, gemittelt über 2 Jahre und über die Tage eines jeden Monats. Die Daten wurden mit einer sinusförmigen Funktion angepasst. Der Grund für eine solche Funktion ist die erwartete Abschwächung der einfallenden Strahlung durch die Erdatmosphäre (proportional zur Weglänge). Der Effekt des unterschiedlichen Schattenwurfs der Glarner Berge zwischen der Kanti Glarus und dem Standort unseres Neubaus wird durch die Verwendung der angepassten Funktion und der schattenfreien Zeit für die Integration eliminiert.
Der Vektor des Fensters ist senkrecht zu seiner Oberfläche nach innen gerichtet und hat die Glasoberfläche als Norm. Für ein nach Süden ausgerichtetes Fenster mit der Breite b und der Höhe h ergibt sich zum Beispiel Folgendes:
Die Beschattung durch das Dachvordach und den Balkon der Länge d auf der Südseite wurde dann als Multiplikationsfaktor berücksichtigt
Ein negatives Skalarprodukt bedeutet, dass das Fenster im Schatten liegt, also definieren wir:
Der g-Faktor (g=0.5 wurde verwendet) gibt die Sonnenenergiedurchlässigkeit des Glases an. Dann summieren wir den Beitrag jedes Fensters und integrieren ihn über den sonnigen Teil des Tages. Der Sonnenaufgang und der Sonnenuntergang unter Berücksichtigung der nahe gelegenen Berge wurden aus [4] entnommen:
Für jeden Monat habe ich dann einen durchschnittlichen Wärmegewinn und -verlust durch die Wände und Fenster ermittelt. Zusätzlich müssen die Wärmeerzeugung durch die elektrischen Geräte (~5.4 kWh/Tag) und die im Haus lebenden Personen (100 W pro Person über 12 Stunden pro Tag) sowie die Verluste durch die Lüftung berücksichtigt werden.
Der Verschattungseffekt bewirkt, dass die Wärmegewinne das ganze Jahr über relativ konstant sind. Fehlende Wärme wird, wie erwartet, im Dezember-Januar beobachtet, aber auch im April-Mai, wahrscheinlich aufgrund der schlechten Wetterbedingungen in den Referenzjahren. Das Modell ermöglichte die Optimierung des Dach- und Balkonvorsprungs für einen maximalen Wärmegewinn im Winter ohne Überhitzung im Sommer. Wir erhalten den optimalen Wert von d=~1.35 m.
Die fehlende Wärme kann teilweise durch die im Boiler gespeicherte Wärme aus dem Solarkollektor kompensiert werden. Dies kann mit dem Excel-Datenblatt von jenni [5] simuliert werden. Wir erreichen eine solare Deckung von etwas mehr als 100%, was bedeutet, dass die direkt durch die Fenster oder durch die thermischen Solarkollektoren gewonnene Sonnenenergie im Durchschnitt unseren gesamten Wärmebedarf (Heizung und Warmwasser) deckt. Aufgrund von Wetterschwankungen (in Schwändi ist typischerweise eine Woche ohne Sonne möglich) werden wir jedoch eine kleine Zusatzheizung benötigen.
