Bereich Nutzung Werte in Lux

Gebäudetechnik
ETH-Z/GT/V/GT/T01
Hansjürg Leibundgut
Jahrgang 1949
verheiratet
2 Kinder, Jahrgänge 81 / 83
Berufliche Entwicklung und Erfahrungen
- Studium Maschinenbau ETHZ, Vertiefung Reaktortechnik, Fluiddynamik
- Dissertation Verfahrenstechnik / Erneuerbare Energien, Experimentelle
Arbeiten im Bereich Absorptions-Kältetechnik und Sonnenenergie
- F+E-Arbeiten in Kühlschrankfabrik Sibir, Neuentwicklung von AbsorberKühlsystemen, Erfahrung im Bereich der Serienproduktion
- Bearbeitung von Energie- und Lufthygienefragen in der Verwaltung
- Bauherrenfunktion für die Technik von 2500 Staatsgebäuden
- Konzeption der Gebäudetechnik von mehr als 200 Objekten mit mehr als
50 verschiedenen Architekten, Betreuung bis zur Inbetriebnahme
- Entwicklung neuer Verfahren und Produkte für die Gebäudetechnik,
Anwendung der modernen Simulationstools
- ordentlicher Professor seit September 2005
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T02
Mein Auftrag
Die Professorinnen und Professoren der ETHZ fördern einen fachlich
qualifizierten, gegenüber Gesellschaft und Umwelt verantwortlichen,
wissenschaftlichen Nachwuchs.
Sie fördern ihr Fachgebiet durch eine hochstehende, wissenschaftliche
Forschung.
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T03
Meine Interpretation des Auftrags
Sie, die Architektinnen und Architekten der Zukunft, sollen heute Gebäude
planen können und wollen, die für morgen taugen.
Sie sollen in der Lage sein, die Auswirkungen Ihres Bauwerks auf seine
Gesamtumgebung während des gesamten Lebenszyklus` unter sich verändernden
Kriterien zu beurteilen.
Ich glaube, dass Sie für die beiden oberen Punkte andere und mehr Dinge
wissen müssen als Ihre Kollegen früher an der ETH gelernt haben.
Ich möchte Ihnen einen Teil dieses Wissens vermitteln und Sie dazu
animieren, es anzuwenden.
Sie sollen verstehen, warum Technik nötig ist und mit welchen Technologien Lösungen möglich sind.
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T04
Instrumente & Dokumente der
Professur für Gebäudetechnik
- Vorbereitete Bilder und Grafiken sind zusammen mit je einem Kurztext
vor der Vorlesung im Internet.
- In der Vorlesung entwickelte Bilder werden nachträglich eingefügt
(jedoch kein Text).
- Bei Ihren Entwürfen werden Sie Elemente der Gebäudetechnik
nachweisen.
- Die «eiserne Ration» ist eine spezielle Zusammenstellung von Bildern
und Graphiken mit erläuternden Texten.
Sie umfasst das minimale Wissen der Architektinnen und Architekten
in der Gebäudetechnik.
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T05
Notwendiges Wissen und dessen
Aneignung
Zusammenhangswissen
- Umfeld unseres Wirkens
- gegenseitige Beeinflussungen
- Gründe für neues Handeln und Notwendigkeit neuen Wissens
Grundlagenwissen
- fundiertes Wissen als Basis des neuen Bauens
Prozesswissen
- wer macht was
- was kann ich von wem erwarten
- was muss ich wem liefern
Verständnis der Beiträge anderer Baupartner
Schärfen der Aufmerksamkeit und des Blicks
- Üben, Üben, Üben
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T06
Vermittlung von Sach- und Fachwissen
Das Wissen und die Erfahrung des 20. Jahrhunderts genügen den
Anforderungen der Zukunft nicht.
Der Architekt des 21. Jahrhunderts muss
- die neuen Anforderungen erkennen und anerkennen
- die Gründe dieser neuen Anforderungen kennen
- über breites, fundiertes, wissenschaftliches Fachwissen verfügen,
wenn er im Team der Planenden eine führende Rolle einnehmen will.
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T07
Vermittlung von Sach- und Fachwissen
Nachhaltiges Bauen ist äusserst komplex. Die frühere Erfahrung reicht
nicht mehr aus, um Bauten zu erstellen, die den Anforderungen der kommenden 50 - 100 Jahren gerecht werden.
Die Vorlesung Gebäudetechnik wird notwendiges Sachwissen vermitteln,
damit die Anforderungen der nächsten Jahrzehnte erkannt werden. Wir sollen wissen, warum wir was anders machen müssen als bisher.
Die neuen Lösungen erfordern ein breiteres und fundierteres wissenschaftliches Wissen als in vergangenen Jahrzehnten. Der/die Architekt/in muss
über ein relativ breites und teilweise recht detailliertes Fachwissen
verfügen, um im Team der Bauplanenden eine aktive Rolle einnehmen zu
können.
ETH-Z/GT/V/GT/B01
ETH-Z/GT/V/GT/T08
Parallele und serielle Teilprozesse des
Bauens
Das Entwerfen und Planen eines Bauwerks ist ein Prozess wie viele
andere Tätigkeiten auch (Kochen, Auto bauen, Knochenbruch behandeln,
etc.), der sich aus Teilprozessen zusammensetzt.
Zwischen der Bau-Absicht und der Bau-Fertigstellung laufen sehr viele
parallele und serielle Teilprojekte ab.
Bauabsicht
Baurecht
Entwurf
- funktional
- formal
Entwurf
- physikalisch
Umweltrecht
Ausschreibung
Aufbauend auf dem SIA-Bauablauf arbeitet man mit Dokumenten, welche
die parallelen und seriellen Teilprozesse begleiten.
Der Architekt muss einen Überblick über die wesentlichen Prozesse
innerhalb seines Fachgebietes sowie über eine Methodik verfügen, den
Gesamtprozess zu steuern bzw. zu regeln.
Pläne
Bau-Beginn
Bau-Fertigstellung
ETH-Z/GT/V/GT/B02
ETH-Z/GT/V/GT/T09
Dokumentation eines Teilprozesses
Dokument
- geordnete, strukturierte und reproduzierbare Konservierung von
Erkenntnissen, Wissen, Vereinbarungen
- ist datiert und steht in einem thematischen Umfeld
- enthält Bedeutendes
Instrument
Hilfsmittel, Verfahren, Vorschrift, dessen/deren Anwendung
konkrete Daten zu einem klar umrissenen Thema liefert.
Der gute Architekt bzw. die gute Architektin kann die relevanten Dokumente des Fachgebietes Gebäudetechnik beurteilen und interpretieren. Die wesentlichen Instrumente sind mit ihren Leistungsfähigkeiten und Einschränkungen bekannt.
Stand zu Beginn
Wissen des
Dokumenterstellers
Wissen
Dritter
Teilprozess
Informationen
Erweiterung
Präzisierung
Resultate aus
Instrumentenanwendungen
Stand am Ende
ETH-Z/GT/V/GT/B03
ETH-Z/GT/V/GT/T10
Aufgaben der Gebäudetechnik
Randbedingung des Einsatzes von Technik
- Die Gebäudetechnik sichert und erhöht den Wert eines Gebäudes.
Sanitär
Kühlung
Automation
Elektro
Heizung
Aufzüge
Beleuchtung
Lüftung
Brandschutz
- Die Technik soll so eingesetzt werden, dass das Gebäude
nachhaltig ist.
ETH-Z/GT/V/GT/B04
ETH-Z/GT/V/GT/T11
Definition der Nachhaltigkeit
Eine Handlung (z. B. die Erstellung eines Bauwerks) ist nachhaltig, wenn
das Umfeld, in dem die Handlung vorgenommen wird (Gesellschaft der Menschen, Tiere, Pflanzen und das physikalische, chemische System der Erde),
in der Lage ist, allfällige, kurzfristig Instabilität bewirkende Effekte
der Handlung innerhalb einer von uns definierten Zeit in einem von uns
akzeptierbaren Zustand zu stabilisieren.
Nachhaltiger Handlungen (NH) = alle möglichen Handlungen (AH) minus die
nicht nachhaltigen Handlungen (nNH).
NH = AH - nNH
nNH << AH
d.h: die Forderung nach Nachhaltigkeit ist keine Einschränkung, aber eine
Herausforderung.
Zustandswerte
Zeit
100
3
2
50
1
10
0
t1
t2
Zeit
Gebiet akzeptierter Zustände
knapp tolerierbarer Verlauf / Wert bei t1 nicht eingehalten
nicht tolerierbare Verläufe
ETH-Z/GT/V/GT/B05
ETH-Z/GT/V/GT/T12
Definition der Nachhaltigkeit
Der Begriff «Nachhaltigkeit» ist kein präziser Begriff - er ist ein Sammelbegriff. Das Mass, bei dem die Grenze zwischen einem nachhaltigen
Prozess und einem nicht-nachhaltigen Prozess überschritten wird, ist
unscharf und subjektiv. Viele Kriterien können und müssen in die Beurteilung einbezogen werden. Eine Handlung bzw. ein Projekt wird pro Kriterium überprüft. Sehr viele Organisationen haben Definitionen entwickelt und
Grenzwerte gesetzt.
Definitionen und Standarts im Nachhaltigkeitsbereich des Bauens
- Brundtland-Komission
(www.un.org/documents/ga/res/42/ares42-187.htm)
-Schweizerischer Ingenieur und Architektenverein (SIA)
(www.sia.ch/produktevoransicht/i112-1_2005_d.pdf)
-Holcim Foundation for Sustainable Construction
(www.holcimfoundation.org/T439/Targetissuesforsustainableconstruction.htm)
ETH-Z/GT/V/GT/B06
ETH-Z/GT/V/GT/T13
Nachhaltigkeitsspinne
Ökonomie
Standortqualität
Die Darstellung der Resultate einer mulitkriteriellen Beurteilung eines
Projektes ist schwierig. Eine geeignete Art der Darstellung ist das Spinnendiagramm.
Anwendung
multikriterielle Syteme vergleichen/erfassen mit Hilfe von standardisierten Indikatoren
Aufbau
Skala auf konzentrischen Kreisen:
1 bis 6, 1 Indikator pro Radius
Nachhaltigkeit
Indikatoren zu 3 Bereichen zusammengefasst:
Umwelt, Gesellschaft, Wirtschaft
Rating e-top BFE, Schweiz 2005 Environmental Sustainability Index,
USA Nachhaltige Landesplanung in NRW, Deutschland
Grünraum
Soziales
1
Klima
Aesthetik
6
Sicherheit
Materialverbrauch
Als Skala verwenden wir Werte von 1 bis 6, wobei 1 schlecht, nicht erfüllt und 6 hervorragend,
erfüllt bedeuten. Werte dazwischen sind gemäss Bewertung zu vergeben.
ETH-Z/GT/V/GT/B07
ETH-Z/GT/V/GT/T14
Das Klima: wichtiges Kriterium des nachhaltigen Bauens
&4$
&OFSHZ4DJFODF$FOUFS
Seit ca. dem Jahr 2000 ist vorallem durch die Arbeiten des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) allgemein anerkannt, dass die
Veränderung der chemischen Zusammensetzng der Erdatmosphäre durch antropogene Prozesse eine grosse Gefahr für die Menschheit darstellt.
(http://www.ipcc.ch)
&OFSHZ4USBUFHZ
GPS&5);VSJDI
Aus diesem Grund nimmt das Kriterium CO2-Emissionen bei der Beurteilung
von Bauwerken einen hohen Stellenwert ein. Im Februar 2008 veröffentlichte die ETH Zürich ihre Energie-STrategie, in der gefordert wird, dass der
gesamte Gebäudepark weltweit bis zum Jahr 2080 CO2-frei betrieben werden
soll. (http://www.esc.ethz.ch)
&5);VSJDI
&OFSHZ4DJFODF$FOUFS
4POOFHHTUSBTTF
;VSJDI
4XJU[FSMBOE
5FM
XXXFTDFUI[DI
ETH-Z/GT/V/GT/B08
ETH-Z/GT/V/GT/T15
Höhe der versicherten Schäden
45
- Die Extremereignisse in der Atmosphäre werden stärker (grössere
Amplitude).
- Die Häufigkeit starker Ereignisse nimmt zu.
- Die Atmosphäre enthält mehr Wasser als vor 100 Jahren (wegen der
höheren Temperatur)
40
35
25
20
Man-made-Ereignis
Durch menschliche Aktivitäten ausgelötes Schadensereignis
10
Versicherter Schaden
Versicherter Teil des Gesamtschadens; berücksichtigt sind die Branchen
Sach- und Betriebsunterbruchsversicherung.
Naturereignisse
30
Naturereignis
Durch Naturgewalten ausgelöstes Schadensereignis
Gesamtschaden
Direkt zurechenbarer finanzieller Schaden; die Schätzungen umfassen
Schäden an Gebäuden, Infrastruktur, Fahrzeugen usw., unabhängig davon,
ob diese versichert sind oder nicht.
man - made Ereignisse
15
5
0
1970
1975
1980
Höhe der versicherten Schäden
1985
1990
1995
2000
Jahr
ETH-Z/GT/V/GT/B09
ETH-Z/GT/V/GT/T16
Nicht versicherbare Schäden
Versauerung der Ozeane
Im IPCC-Bericht 2008 wurde die Abnahme des pH-Wertes der Ozeane gerade
mal auf 1 Seite behandelt. Bei gleichbleibenden CO2-Emissionen wird aber
bis zum Jahr 2100 eine Abhnahme des pH-Wertes von 8.2 auf 7.9 prognostiziert. Dies könnte zur Auflösung bzw. Nichtbildung der Kalkschalen von
Kleinlebewesen im Ozean führen. Die ganze Nahrungskette im Ozean wäre
davon betroffen.
ETH-Z/GT/V/GT/B10
ETH-Z/GT/V/GT/T17
Weitere wichtige Kriterien der Nachhaltigkeit
Soziales:
Ökonomische Gerechtigkeit.
Übermässig grosse Einkommen und Vermögen führen zur Produktion von Luxusgütern, die nur von wenigen gekauft werden können. Die Produktionskapazitäten stehen nicht für nachhaltige Investitionen zur Verfügung. Ein zu
starkes Gefälle zwischen Viel-Haben und Wenig-Haben bedingt den Aufbau
von Widerständen gegen den ökonomischen Ausgleichsprozess (Diebstahl,
Raub, etc.). Ordnungspolitische Massnahmen schränken die persönliche
Freiheit ein.
Ästhetik:
Hässliche Dinge haben eine kleinere Lebendauer als schöne Dinge.
ETH-Z/GT/V/GT/T18
Aufgaben der Gebäudetechnik
Funktionen für primäre Nutzwertsteigerung:
Zufuhr von Medien (Strom, Wasser, Gase, Daten, etc.) um dem Gebäude die
Zweckerfüllung zu ermöglichen (führt zu ökonomischem Wert).
Sanitär
Kühlung
Automation
Elektro
Heizung
Aufzüge
Beleuchtung
Lüftung
Brandschutz
Funktionen für sekundäre Nutzwertsteigerung (Komfort):
Erzeugung von Behaglichkeit im Gebäude zwecks Erhöhung der Produktivität oder des Wohlbefindens (Kontrolle von wichtigen physikalischen und
chemischen Zustandsgrössen wie Temperatur, Beleuchtungsstärke, relative
Feuchte, “Luftqualität”).
Sicherheitsfunktionen
Schutz vor Feuer:
- melden
- verhindern
- löschen
Schutz vor Intrusion (unbefugtes Betreten):
- detektieren
- selektives Öffnen
ETH-Z/GT/V/GT/B11
ETH-Z/GT/V/GT/T19
Bedürfnisse des modernen Menschen
Der Mensch: biologischer Reaktor mit Sinnen
Um zu verstehen, wie ein Gebäude ausgerüstet sein soll, muss man wissen,
was im Gebäude passiert, was dabei benötigt und was produziert wird, welche Zustände in welchen Grenzen gehalten werden müssen.
Der Mensch als Bewohner des Gebäudes ist nicht nur «Gast», der sich behaglich fühlen will, sondern auch Produzent von Stoffen und Wirkungen,
die die Behaglichkeit beeinträchtigen.
- Material bewegen und verändern ohne grosse persönliche Arbeitsleistung
- sehen auch bei Nacht
- kommunizieren aus dem Gebäude über weite Distanzen
- sich bequem aufhalten in leichter Bekleidung
Bedürfnisse im Gebäude
Die Sensoren und Sinne befähigen den Menschen sich zurecht zu finden, damit er überleben kann. Sobald und solange er lebt, nimmt er Dinge auf und
gibt andere Dinge ab. Die Gebäudetechnik hat letztendlich «nur» die Aufgabe diese Flüsse an Dingen zu lenken.
90% der Gebäude werden gebaut, damit sich Menschen im Innern aufhalten
und Dinge verrichten können, die innen besser werden als aussen.
Der Mensch im Gebäude ist ein Sensor und gleichzeitig ein Aktor; über
seinen Stoffwechsel und mit seiner Aktivitäten verändert er die
Innenraumbedingungen.
ETH-Z/GT/V/GT/B12
ETH-Z/GT/V/GT/T20
Sensoren und Sinne des Menschen
Sehen
Sinne
Rezeptoren /
Sehen (2x) Hören (2x)
Netzhaut mit Zapfen (Farben),
Stäbchen (hell-dunkel),
auseinander liegend
Trommelfelle gekoppelt an Gehörknöchelchen
Riechen
Tasten
Schmecken
Sensoren
Riechschleimhaut der Nase mit Geruchsnerven
Rezeptoren für Wärme,
Kälte, Druck, Schmerz, etc.
in der Haut
Geschmacksknospen
Sensibilitätsbereich
0,1
10-6
- 105 lx
- 105 cd/m2
16 - 20’000 Hz
bis 130 dB
10’000 verschiedene
Gerüche
Hören
Riechen
Tasten
Schmecken
Der Mensch nimmt mit diversen Sensoren physikalische und chemische Zustände seiner Umgebung
wahr. Der Sensibilitätsbereich ist relativ gross.
ETH-Z/GT/V/GT/B13
ETH-Z/GT/V/GT/T21
Behaglichkeitsbereiche
Der Mensch fühlt sich je nach Beschäftigung in unterschiedlichen Umgebungen wohl.
Zur Kontrolle von Umgebungszuständen in Bezug auf die vieldimensionale
Behaglichkeit, wird diese in einzelne Bereiche unterteilt:
Behaglichkeit ist gegeben, wenn keines der Sinnesorgane einen so starken Reiz erfährt, dass der
- thermisch mittels Wärmesinn
Körper als Ganzes zu einer ungewollten Reaktion veranlasst wird.
Behaglichkeit ist also die Absenz einer oder mehrerer unbehaglichen Teilumgebungen.
- hygienisch mittels Riechsinn
- hygrisch mittels Wärmesinn
- visuell mittels Sehsinn
- akustisch mittels Hörsinn
Beispiel:
Temperatur, Helligkeit und Feuchte sind in Ordnung, Schallpegel ist zu hoch
--> Unbehaglichkeit.
- elektromagnetisch mittels Vitalsinn
ETH-Z/GT/V/GT/B14
ETH-Z/GT/V/GT/T22
Mittlere biophysikalische Daten
eines Menschen
Der Mensch ist ein biologischer Reaktor, der aus Nahrungsmitteln (Brennstoff) und dem Sauerstoff der Luft mechanische Arbeit und etwas Strom in
den Nervenbahnen und Kopfzellen erzeugt. Bei der Umwandlung entstehen
«Abfallprodukte» (Wärme, CO2, Wasser, Rest-Feststoffe), die laufend oder
periodisch ausgeschieden werden müssen.
Grundwärmeumsatz
Dieser liegt stets vor. Je nach Aktivität kommen zusätzliche Wärmeabgaben hinzu.
Masse
70 kg
CO2-Ausatmung (ruhend)
18...20 l / h
Körpervolumen
0.07 m3
Körpertemperatur
37°C
Körperfläche
1.7 m2
mittlere Hauttemperatur
32...33°C
Pulsschläge
70..80 min-1
Grundwärmeumsatz
70..80 W
Atemzüge
16 min-1
Dauerleistung
85 W
Atemluftmenge
0.5 m3 / h
Verdunstungsrate
40-50 g H2O / h
Mittlere biophysikalische Daten eines Menschen
ETH-Z/GT/V/GT/B15
ETH-Z/GT/V/GT/T23
Mittlere biophysikalische Daten
eines Menschen
Flüssige und feste Ausscheidungen
•Urin und Kot
Im Kleinkindalter wird dem Menschen angewöhnt, dass er Urin und Kot
kontrolliert ausscheidet. Der moderne Mensch will das Gebäude dafür
nicht mehr verlassen und will durch die mit den Ausscheidungen einhergehenden Massenflüsse und Gerüche nicht belästigt werden. Das Abwassersystem im Gebäude ist eine schwierige Entsorgungstechnik.
•Als Schweiss ausgesondertes Wasser
Die Haut des Menschen und die Aveolen in der Lunge geben Wasser ab.
Der Schweiss benetzt die Hautoberfläche. Die Verdunstung dieses Wassers benötigt Wärme, sie wird zum überwiegenden Teil der Haut entzogen, die wiederum durch die Blutkapillaren versorgt ist. Schwitzen ist
somit ein Teil der Verdunstungskühlung. Die Feuchtigkeit auf der Haut
begünstigt das Wachstum von Bakterien, die bei ihrem Stoffwechsel Gase
produzieren, die ebenfalls nicht immer und vorallem nicht für jedermann gleich gut riechen. Zu grosse Mengen dieser Gase können die olfaktorische Qualität der Raumluft beeinträchtigen.
Gasförmige Ausscheidungen
•CO2-Ausatmung
der Mensch ist im Raum die Hauptquelle der Luftbelastung durch Kohlendioxid. Durch Luftverdünnung oder idealerweise durch direkte Absaugung
kann die CO2-Konzentration im Raum kontrolliert werden.
•andere Gase
Im Darm finden Prozesse statt, die Gase produzieren. Ab und zu spontan (beim Furzen), immer aber begleitend (beim Stuhlgang) werden diese
Gase ausgeschieden. Der Geruch der Gase wird als nicht angenehm empfunden. Deshalb wird das Furzen aufgrund eines Verhaltenskodex unterdrückt. In den Toiletten mit Wasserspülung verursachen diese Gase die
entsprechenden Gerüche. Die lokale und rasche Absaugung sowie die Odorierung der Toiletten ist die technische Lösung des Problems.
ETH-Z/GT/V/GT/T24
ETH-Z/GT/V/GT/T25
Wärmeabgaben am Körper
Verdunstung
Wärmeleitung
Der Körper produziert je nach Aktivität unterschiedliche Mengen an Wärme
pro Zeiteinheit. Die Intensität der Aktivität wird mit [met] angegeben.
Die Bekleidung wirkt als Wärmedurchgangsverminderer, ihre Minderungswirkung wird mit [clo] angegeben.
rper
ö
K
Wärmeleitung
Steht ein Körperteil mit einem Gegenstand in unmittelbarem Kontakt,
wird vom wärmeren von beiden Wärme an den kälteren abgegeben.
Konvektion
Kühlere Luft streicht am wärmeren Körper vorbei, dabei nimmt sie Wärme
vom Körper auf.
Wärmestrahlung
Wärmestrahlung
Bei einer mittleren Hauttemperatur von ca. 30°C emittiert die Körperoberfläche elektromagnetische Strahlung an kältere Umgebungsflächen.
menschliche
Aktivitäten, z.B.
– Schlafen (0,7 met)
– Sitzen (1,0 met)
– Wandern (3,0 met)
– Holzsägen (4,0 met)
Konvektion
Bekleidung
– nackt (0 clo)
– Sommerkleidung (0,5 clo)
– Strassenanzug (1 clo)
– Polarkleidung (> 3,0 clo)
Verdunstung
Eine Art Austrag von Flüssigkeit findet auf der Hautoberfläche statt;
bei normaler Temperatur und relativer Feuchte der Luft liefert der Körper die Wärme für die Verdunstung der Flüssigkeit.
Wärmeabgaben am körper
ETH-Z/GT/V/GT/B16
Wärmeabgaben Durchschnittsperson
Die Wärmeabgabe erfolgt über die vier Mechanismen Strahlung, Wärmeleitung, Konvektion und Verdunstung.
Je nach Lufttemperatur ändert sich die «Zusammensetzung» der Mechanismen.
Die Wärmeabgabemöglichkeit über Strahlung, Leitung und Konvektion wird
bei 34°C Lufttemperatur Null. Bei höheren Lufttemperaturen nimmt der Körper über diese Mechanismen Wärme aus der Umgebung auf.
latenter Anteil:
durch die Kondensation von Wasserdampf über Atemluft oder Haut, kann
Wärme an die Umgebung abgeben werden.
sensibler Anteil:
vom Körper abgegebene Wärme erhöht direkt die Lufttemperatur.
Wärmeabgaben als Funktion der Lufttemperatur unter folgenden Bedingungen:
- Durchschnittsperson 70 kg
- sitzend
- keine körperliche Tätigkeit
- normale Bekleidung
- ruhende Luft
Wärmeabgabe [W]
ETH-Z/GT/V/GT/T26
160
140
120
100
80
Verdunstung
Wä
rme
60
leit
ung
Konvektion
40
Strahlung
20
0
10
14
18
latenter Anteil
Wärmeabgaben Durchschnittperson
22
26
30
34
38
Lufttemperatur [°C]
sensibler Anteil
ETH-Z/GT/V/GT/B17
verschiedenen Aktivitäten und Raumlufttemperaturen*
ETH-Z/GT/V/GT/T27
Wärmeabgabe spezifisch
* Die relative Feuchte liegt im Bereich von 30 bis 70%
Tätigkeit
Aufteilung
Die Wärmeabgabe setzt sich funktionell aus latentem und sensiblem Anteil bestehend ursächlich aus Grund- und Leistungsumsatz zusammen.
Merkmal
Im Bereich zwischen 20°C und 30°C bleibt die Gesamtwärmeabgabe unverändert, unabhängig von der Aktivität.
Der Grundumsatz bezieht sich auf die Wärmeabgabe der inneren Organe bei
Ruhezustand der Person.
Typischer
Anwendungsbereich
gesamte
Wärmeabgabe
QS + Ql
[W]
Sensible und latente Wärmeabgabe(
QS
und QL),
qi
Ql je nach Raumlufttemperatur
26 0 C
24 0 C
22 0 C
20 0 C
QS Ql
[W] [W]
QS Ql
[W] [W]
QS Ql
[W] [W]
QS Ql
[W] [W]
Ruhig sitzend
Theater, Primarschule
102
61
41
68
34
74
28
79
23
Sitzend, sehr
leichte Arbeit
Sekundarschule
116
62
54
70
46
77
39
80
36
Büroarbeit
Büro, Hotel, Hochschule
131
63
68
71
60
80
51
86
45
Stehend,
langsam gehend
Kaufhaus, Laden, Bank
(Schalterbereich)
147
64
83
75
72
82
65
87
60
Sitzend
Restaurant
162
71
91
83
79
91
71
96
66
Leichte
Werkbankarbeit
Fabrik, leichte Arbeit
220
72
148
86
134 100 120 115 105
Tanzend
Tanzsaal
249
80
169
95
154 109 140 124 125
Gehend
Fabrik, ziemlich schwere
Arbeit
293
97
196 112 181 127 166 143 150
Schwere Arbeit
Bowlingbahn, Fabrik
426
142 284 154 272 167 259 184 242
Wärmeabgabe erwachsener Personen bei verschiedenen Aktivitäten und Raumlufttemperaturen*
ETH-Z/GT/V/GT/B18
ETH-Z/GT/V/GT/T28
Gleichwertige Bezeichnungen für Raumtemperatur
- operative Raumtemperatur
- effektive Raumtemperatur. Es ist der Mittelwert aus Raumlufttemperatur θRL und Umschliessungsflächentemperatur θS.
0,2
16
18
1,0
°C
°C
±1K
0
°C
±5K
°C
28
26
24
°C
°C
°C
°C
[m2 . K . W-1]
[W . m-2]
150
°C
2,0
14
12
10
0,3
100
°C
Gültigkeiten
- ausgezogene Linien: PPD = 5%; PPD = Anteil Unzufriedene
- schraffierte Bereiche: PPD = 10%
0,1
20
1 met.
[met]
3,0
0
22
Annahmen
- ruhende Luft bei 1 met (60 W/m2)
- Luftbewegung 0,3 m/s bei Aktivitäten grösser als
- 50% relative Feuchte.
spezifische Wärmeabgabe [ = f(Aktivität)]
Optimale Raumtemperatur
±4K
±3K
± 1,5 K
1,0
±2K
± 2,5 K
50
2,0 [clo]
Wärmedämmwert
der Bekleidung
Optimale Raumtemperatur
ETH-Z/GT/V/GT/B19
ETH-Z/GT/V/GT/T29
Kategorien:
- A: Räume mit vorwiegend sitzenden Tätigkeiten
- B: Räume mit überwiegend nicht sitzenden Tätigkeiten
- C: Räume mit körperlichen Arbeiten
Deckenheizung unbehaglich ab 5 - 7 K ΔθSi, warme Wand noch behaglich
bis 23 - 35 K ΔθSi
20
wa
rm
e
10
8
6
e
k
ec
D
wa
rm
and
W
e
kü
hl
e
kü
hle
Thermisches Empfinden
Es ist unbehaglich, wenn ein Körperteil unverhältnismässig viel oder
wenig Wärme abgibt. Die Bewertung erfolgt mittels der statistischen
Grösse PPD (Anteil Unzufriedener [%]), da die Beurteilung durch Menschen unterschiedlich ausfällt.
obere Grenze Kategorie A, B
obere Grenze Kategorie C
40
30
Anteil Unzufriedene [%]
Strahlungsasymmetrie
Temperaturdifferenz zwischen einer Strahlungsfläche (z.B. Wand, Decke,
etc.) und den übrigen Flächen
80
60
W
an
d/ F
en
D
ste
ec
ke
r
Strahlungsasymmetrie und thermisches
Empfinden
4
2
1
0
5
10
15
20
25
30
35
Strahlungsasymmetrie DqSi = qSi1 – qSm
ETH-Z/GT/V/GT/B20
ETH-Z/GT/V/GT/T30
Die Luftgeschwindigkeit im Raum ändert ständig ihre Grösse und Richtung.
Der Turbulenzgrad charakterisiert diese Eigenschaft. Wird der Turbulenzgrad grösser, die Lufttemperatur tiefer, reagiert der Mensch empfindlicher.
v84, v50
In 84% bzw. 50% der Zeit wird der Wert v84, bzw. v50 unterschritten.
DR
Draught Rating: Anteil der Unzufriedenen wegen Zugluft
Die Luftgeschwindigkeit an einem Ort im Raum wird meist für eine Zeitdauer von z.B. 100 Sekunden oder mehr registriert und anschliessend statistisch ausgewertet.
0%
Mittlere Luftgeschwindigkeit [m . s-1]
Raumluft: Temperatur, Geschwindigkeit
und Turbulenz
0,4
0,3
0,2
0,1
0%
10 %
20 %
10 %
20 %
40 %
60 %
40 %
60 %
10 % Unzufriedene (DR = 10 %)
20
22
24
26
Lufttemperatur [°C]
Kat. C
25 % Unzufriedene (DR=25 %)
20
22
24
26
Lufttemperatur [°C]
Turbulenzgrad:
TU = (V84 - V50) / V50
Raumluft: Temperatur, Geschwindigkeit & Turbulenz
ETH-Z/GT/V/GT/B21
Luftfeuchte - Komfortzone
ETH-Z/GT/V/GT/T31
Temperatur θ [°C]
Luftfeuchte - Komfortzone
φ > 70 %
unbehaglich durch Wahrscheinlichkeit des Feuchteniederschlags,
verbunden mit Schimmelbildung.
Wasserdampfgehalt > 11,9 g/kg
Schwülgrenze: Schweissbildung, abhängig von Temperatur und Luftfeuchte
Temperatur [ C]
φ < 30 %
begünstigt Staubbildung und elektrostatische Aufladung.
50
30%
40
30
70%
Raumtemperatur
100%
20
[
φ
eit
k
g
hti
c
u
Fe
e
tiv
a
l
e
r
10
-10
-20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Wasserdampfgehalt x [g.(kg trockene Luft) ]
Wasserdampfgehalt x [g.(kg trockene Luft)- ]
Raumluftfeuchte
R
%]
0
untere und obere Temperaturgrenze:
wird je nach Anforderung vereinbart bzw. festgelegt.
Der W
gewi
Kom
eine
Der Wasserdampf in der Luft hat einen
gewissen Einfluss auf die Behaglichkeit.
In Kombination mit der Lufttemperatur
lässt sich eine Komfortzone bilden.
-1
Wohn-, Büroräume
19 - 21
0
C 40 - 60%
Badezimmer
21 - 23
0
C 40 - 80%
Treppenhäuser
14 - 16
0
C 30 - 50%
Schulräuser
19 - 21
0
C 45 - 55%
Hallenschwimmbäder
(Wassertemperatur 2
bis 3 0 C tiefer)
28 - 30
0
C 50 - 60%
i
θR = 1 / 2 · (θi · θOi)
R
ETH-Z/GT/V/GT/B22
=
ETH-Z/GT/V/GT/T32
Luftqualität - Luftschadstoffe
Grenzwert
Expositionsgrenze:
- darunter keine Gefährdung zu erwarten
- oberhalb dieser jedoch unerwünschte Auswirkung wahrscheinlich
Vorsorgewert
medizinisch relevante Konzentration, meist kleiner als Grenzwert
Zielwert
Zumutbare Grundbelastung eines Stoffes
Schadstoff
Konzentration
Auswirkungen
CO2
Atemluft
4 ... 5 Vol %
MAK - Wert
0,5 Vol %
Grenzwert
0,15 Vol %
Zielwert
0,1 %
Sehstörungen, Schwindel, etc.
Radon - Richtwert
Lungenkrebserkrankung
400 Bq / m3
TVOC - Zielwert
0,3 mg / m3
Kopfschmerzen,
Belastungen Nervensystem
Richtwert
bestimmte Konzentration eines gesundheitgefährdenden Stoffes ohne
Rechtsverbindlichkeit
ETH-Z/GT/V/GT/B23
ETH-Z/GT/V/GT/T33
Konzentrationsangaben
ppm, Vol-% und mg / m3
Luft enthält geringe Mengen an Schadstoffen in Form von Gas oder Schwebestoff. Die Konzentration des Schadstoffes wird in ppm (parts per million), Vol-% (Volumenprozent) oder mg/m3 angegeben.
ppm --> 1/1’000’000
Vol-% --> 1/100
1 Vol-% = 10’000 ppm
Umrechnung ppm in mg/m3 und umgekehrt:
x [ppm]
= y [mg/m3] ∙ 24,789/M
y [mg/m3] = x [ppm] ∙ M/24,789
M = Molare Masse des betreffenden Schadstoffes.
CO2 : 44, CO: 28, Ozon: 48, NO2 : 46 .....
z. B hier, CO2 (rot) hat einen viel
kleineren, eigenen Druck
Nun denkt man sich, CO2 (rot)
hätte den gleichen Druck wie die
Luft (blau), dann schrumpft sein
Volumen.
ETH-Z/GT/V/GT/B24
ETH-Z/GT/V/GT/T34
Lichtklima - Beleuchtungsstärke
Das
-
Licht im Raum soll:
Sehleistung gewährleisten
Sehkomfort ermöglichen
Sicherheit bieten
Infolge der Wechselwirkungen zwischen Lichtquellen und -verteilungen,
Raumfarben und -formen ändert sich das Licht. Man spricht dann vom Lichtklima, Lichtmilieu o.Ä. Verständlicher ist es, wenn wir einfach vom
“Licht” reden.
Vorschriften, Richtlinien oder Vereinbarungen legen meist die Beleuchtungsstärke für eine gegebene Anwendung fest.
Bereich
Nutzung
Werte in Lux
Verkehrszone
Korridore, Pausenräume, Lager...
Kantinen, Garderoben, WCs
Lager Spedition
100
200
300
Industrie
Werkstätten: grobe Arbeiten
Werkstätten: feine Arbeiten
Werkstätten: Präzisionsarbeiten
300
500
1000
Büros
Ablagen, Empfang
Schreiben, CAD, Besprechung
300
500
Öffentliche Räume
Parkgaragen
Eingangshallen
Ausstellungshallen
75
100
300
Schulen
Schulzimmer, Computerräume
300
ETH-Z/GT/V/GT/B25
Akustische Behaglichkeit
ETH-Z/GT/V/GT/T35
Akustische Behaglichkeit
Je nach Lärmempfindlichkeit des betreffenden Raumes soll ein bestimmter
Schallpegel nicht überschritten werden.
Aus
Inne
Lärmquellen sind:
- Strassenraum
- Nachbarräume
- Gebäudetechnische Anlagen oder Apparate
- Quellen im Raum selbst
Emfangsraum
Innenlärm
Apparate
Balkon
Grenzwerte
Gemäss SIA 181 bzw. SIA 181/3 wird die akustische Behaglichkeit
geregelt durch:
- Lärmbelastung (klein, mässig, stark, sehr stark)
- Lärmempfindlichkeit (gering, mittel, hoch)
- Anforderung (normal, hoch)
- Lärmart (Luftschall, Trittschall, Bauliche Massnahme,
Wand, Fenster, Decke, etc.)
App
Aussenlärm
ETH-Z/GT/V/GT/B26
ETH-Z/GT/V/GT/T36
Akustische Behaglichkeit - Richtwerte
Genauere Daten sind SIA 181 und 181/3 zu entnehmen.
Raumart
Schalldruckpegel
dB (A)
Nachhallzeit
s
Luftschall
breitet sich durch die Luft aus;
auf Kanäle, Fugen und Löcher im Gebäude achten
Wohn- / Schlafräume
35 / 30
0,5
Körper-, Trittschall
wird direkt durch Wände, Böden, Leitungen weitergeleitet
Krankenzimmer tags / nachts
Hallen, Korridore, OP-Räume
35 / 30
40
1
2/3
Radio- TV-Studio
Theater / Opernhaus
Konzertsaal
Kino, Hörsaal, Lesesaal
15 / 25
30 / 25
25
35
1 / 1,5
1 / 1,5
2
1
Büros: Besprechungsraum
Einzel- / Grossraumbüro
35
40 / 4
1
0,5
Restaurant
40 ... 5
1
Schalldruckpegel
ist ein logarithmisches Mass der Schallintensität (die Schalleistung,
die durch 1 m2 Bauteilfläche beim senkrechten Einfall der Schallwelle
hindurchdringt) bzw. des Schalldrucks, weil das menschliche Ohr die zunehmende Schallintensität nur logarithmisch wahrnimmt.
Nachhallzeit
ist die Zeit, die verstreicht, bis der Schallpegel nach dem Abschalten
der Schallquelle um 60 dB abgenommen hat (resp. die Schallintensität
auf den 10-6 ten Teil abgenommen hat).
Geeignete Gebäudeplatzierung sowie durchdachte Grundrissplanung entschärfen bereits mögliche Lärmbelästigungen.
ETH-Z/GT/V/GT/B27
ETH-Z/GT/V/GT/T37
Natürliche Strahlenbelastungen: Radon
Von den natürlichen Strahlungen machen Radongase ca. 45% aus. Für die
Schweiz wurden detaillierte Radon-Karten vom Bundesmat für Gesundheit
ausgearbeitet.
Fakten über Radon:
- mittlere Radonkonzentration im Wohnraum 75 Bq/m2
- Radon dringt vom Baugrund ins Gebäudeinnere
- kleiner Unterdruck führt bereits zum Fluss radonhaltiger
Bodenluft ins Gebäude
- bauliche Massnahmen können den Radongehalt im Gebäude senken
1 Bq = 1 Becquerel = 1 Atomzerfall / Sekunde (Mittelwert)
Einheit der Radioaktivität nach Antoine Henri Becquerel, frz. Nobelpreisträger
medizinische Anwendungen
41.1%
sonstige innere
Strahlung
8.0%
kosmische
Strahlung
8.0%
Folgen des
Tschernobylunfalls
0.6%
Kernkraftwerke
(Normalbetrieb)
0.3%
Atombombenversuche
0.3%
Einatmen von
Radon
27.1%
sonstige künstliche
Strahlung
0.6%
künstlich
natürlich
alltägliche Stahlungsbelastung
von Außen 14%
ETH-Z/GT/V/GT/B28
ETH-Z/GT/V/GT/T38
Künstliche Strahlenbelastungen
Der Mensch ist ständig natürlichen und künstlichen Strahlungen ausgesetzt. Biologische Auswirkungen ionisierender (energiereicher) Strahlungen sind nachgewiesen. Noch umstritten sind Einflüsse gewisser nicht
ionisierenden Strahlungen (bekannt unter dem Schlagwort Elektrosmog).
nicht ionisierende Strahlungen:
-
Elektromagnetische Felder 1... 300 GHz, < 1 mm
Optische Strahlungen 10 nm ... 1 mm
UV-Strahlung
Licht
Infrarot-Strahlung
aktueller Grenzwert der WHO: 100 μT
kommender Grenzwert für EU: 10 μT
Viele Wissenschaftler halten Werte ab 1 μT bereits für bedenklich.
Grenzwert in der Schweiz: 1 μT.
1 T = 1 Tesla [Vs/m ] = Einheit für magnetische Flussdichte (Stärke eines
Magnetfeldes) nach Nikola Tesla
medizinische Anwendungen
41.1%
sonstige innere
Strahlung
8.0%
kosmische
Strahlung
8.0%
Folgen des
Tschernobylunfalls
0.6%
Kernkraftwerke
(Normalbetrieb)
0.3%
Atombombenversuche
0.3%
Einatmen von
Radon
27.1%
sonstige künstliche
Strahlung
0.6%
künstlich
natürlich
2
alltägliche Stahlungsbelastung
von Außen 14%
ETH-Z/GT/V/GT/B29
© Prof. H.-J. Leibundgut
Professur für Gebäudetechnik
Alugust 2008
ETH-Z/GT/V/GT/T01