Behaglichkeit, thermisch

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Einflussgrößen auf die thermische Behaglichkeit

Behaglichkeit wird durch viele sehr subjektive Empfindungen bestimmt, wobei sogar die Farbe der Umgebung eine gewisse Rolle spielt - in jedem Fall aber die Stimmung der Person, die ihre Empfindung mitteilt. Ein wesentlicher Teil des Komforts hängt aber von der „thermischen Behaglichkeit“ ab. Dieser Teil ist sehr gut erforscht - die Ergebnisse sind in weltweit eingeführten Normen enthalten (DIN EN ISO 7730). Einen wichtigen Anteil an den vorliegenden Erkenntnissen hatte der dänische Wissenschaftler P. O. Fanger.

Luftschichtung: Die Temperaturschichtung der Luft ist bei einem mit Passivhaus-Fenstern ausgestatteten Raum nicht wahrnehmbar. Falls dieser Raum mittels Heizkörper beheizt werden soll (Anmerk.: beim Passivhaus ist Beheizung über Zuluft und jede andere Art möglich), kann der Heizkörper an beliebiger Stelle im Raum stehen, z.B. auch an einer Innenwand – und dennoch wird eine optimale Behaglichkeit gemäß ASHRAE-Comfortclass „A“ erreicht. (Berechnung: J. Schnieders, PHI).

Optimale thermische Behaglichkeit stellt sich ein, wenn die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers im Gleichgewicht mit seiner Wärmeproduktion ist. Daraus wird die "Fanger'sche Behaglichkeitsgleichung" abgeleitet. Diese stellt eine Beziehung her zwischen der Aktivität (z.B. Schlafen, Laufen, …) und Kleidung sowie den Bestimmungsgrößen der thermischen Umgebung, welche sind

  • die Lufttemperatur
  • die Temperatur der umgebenden Flächen, die man auch in der „Strahlungstemperatur“ zusammenfassen kann,
  • die Luftgeschwindigkeit und ihre Turbulenz und
  • die Luftfeuchtigkeit.

Es gibt immer einen ganzen Bereich von Kombinationen der vier genannten Behaglichkeitsparameter, in dem die Behaglichkeit sehr gut ist: Das sogenannte Behaglichkeitsfeld. Es kann durch die "Fanger'sche Gleichung", niedergelegt in ISO 7730, bestimmt werden. Weiter ist es nach dieser Norm wichtig, dass

  • die Schwülegrenze bzgl. der Luftfeuchtigkeit nicht überschritten wird,
  • die Luftgeschwindigkeiten eng begrenzt bleiben (für Geschwindigkeiten unter 0,08 m/s wird die Zahl der Unzufriedenen bezüglich Zugluft kleiner als 6%)
  • die Differenz zwischen Strahlungs- und Lufttemperatur gering bleibt,
  • die Differenz der Strahlungstemperaturen in verschiedene Richtungen gering bleibt (weniger als 5 °C; sogenannte „Strahlungstemperatur-Asymmetrie“),
  • die Raumlufttemperaturschichtung weniger als 2 °C zwischen Kopf und Fußknöchel bei einer sitzenden Person beträgt,
  • die empfundenen Temperaturen sich im Raum von Ort zu Ort um weniger als 0,8 °C ändern.

Zum letzten Punkt schrieb P.O. Fanger: „Je ungleichmäßiger das thermische Feld in einem Raum ist, desto größer ist die erwartete Anzahl der unzufriedenen Personen.“



Thermische Behaglichkeit im Passivhaus

Durch die Anforderungen an Passivhäuser werden alle Behaglichkeitskriterien automatisch optimal erfüllt - eine erheblich bessere Wärmedämmung verbessert zugleich den thermischen Komfort:

  • Durch eine bessere Wärmedämmung (gleichgültig, an welchem Außenbauteil) verringert sich der Wärmestrom von innen nach außen.
  • Daher ist auch der Wärmestrom vom Innenraum an die Innenoberfläche dieses Außenbauteils geringer. Der Wärmestrom überwindet den sog. Wärmeübergangswiderstand der Oberfläche (Strahlung und Konvektion).
  • Der geringere Wärmestrom hat einen geringeren Temperaturabfall über diesem Wärmeübergangswiderstand zur Folge, mit anderen Worten: Die Temperaturdifferenz zwischen dem Raum (den Oberflächen im Raum und der Raumluft) und der Innenoberfläche des besser gedämmten Bauteils nimmt ab.


Die praktische Konsequenz

Abb. 2: Passivhausfenster, Luftströmung: Durch den geringen Temperaturunterschied zw. Fensteroberfläche und Raumlufttemperatur ist die Luftgeschwindigkeit der am Fenster abfallenden Luft nur gering. Am Fußboden wird die Luft umgelenkt: Bei ~ 10 cm Entfernung vom Passivhausfenster (Uw = 0,8 W/(m²K)) beträgt die max. Luftgeschw. noch 0,11 m/s. Das ist kaum wahrnehmbar. Ist die Dämmwirkung des Fensters weniger gut, so steigt die Luftgeschw.. Deshalb werden unter „normalen Fenstern“ Heizkörper positioniert.
(CFD-Simulation: J. Schnieders, PHI).

Bei sehr gut wärmedämmenden Außenbauteilen ist die Temperatur der Innenoberfläche nur wenig verschieden von den übrigen Temperaturen im Raum; das gilt im Sommer wie im Winter. In der kalten Jahreszeit bedeutet das, dass auch die Innenoberflächen der Außenbauteile behaglich warm sind (Außenwände, Dächer usw. höchstens 1 °C unter der Raumtemperatur, Fensteroberflächen maximal 3 bis 3,5 °C darunter [Pfluger 2003] ). „Passivhaus-Qualität“, insbesondere bei Fenstern, wird sogar gerade so definiert: Die Dämmwirkung eines für Passivhäuser geeigneten Fensters muss so gut sein, dass bei kältesten Auslegungsbedingungen immer noch

|θ Raum - θ Oberfl| ≤ 3,5 °C

bleibt. Diese geringen Temperaturdifferenzen wirken sich nun auf alle Behaglichkeitskriterien aus, und zwar in folgender Weise:

  • Luftgeschwindigkeiten im Raum werden (von durch Fugen einströmender Kaltluft einmal abgesehen - die gibt es aber im luftdichten Passivhaus ohnehin nicht) durch den Auftrieb an unterschiedlich warmen Oberflächen erzeugt. Durch die geringen Temperaturdifferenzen sind die Auftriebskräfte nun nur sehr gering. In der Folge bleiben auch die Luftgeschwindigkeiten sehr gering. Abb.2 zeigt ein Simulationsergebnis mit einem CFD-Programm: Keine Zugluft im Aufenthaltsbereich, auch wenn kein Heizkörper unter dem Fenster vorhanden ist.

Quelle


Behaglichkeit, Luftfeuchte

Bei welchen Feuchtewerten fühlt sich der Mensch am wohlsten? ... weiter


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