Architektur für die Tropen

สถาปัตยกรรมเกี่ยวกับเขตร้อน

Raumlufttechnik (RLT)

3. Maßnahmen

มาตรการ

Kompiliert von Alois Payer

mailto:payer@payer.de 

Zitierweise | cite as:

Payer, Alois <1944 - >:  Raumlufttechnik (RLT). -- 3. Maßnahmen. -- (Architektur für die Tropen). -- Fassung vom 2009-09-11. -- URL: http://www.payer.de/tropenarchitektur/troparch013.htm   

Erstmals veröffentlicht: 2009-09-11

Überarbeitungen:

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Dieser Text ist Teil der Abteilungen Architektur und Entwicklungsländerstudien von Tüpfli's Global Village Library

น้ำชา gewidmet

Mottos - mottos - ภาษิต

„Klimagerechtes Bauen ist besser als bauwerksgerechtes Klimatisieren“

Karl Petzold <1926 - 2006>, 1996.

1. Haec autem ita erunt recte disposita, si primo animadversum fuerit quibus regionibus aut quibus inclinationibus mundi constituantur. namque aliter Aegypto, aliter Hispania, non eodem modo Ponto, dissimiliter Romae, item ceteris terrarum et regionum proprietatibus oportere videntur constitui genera aedificiorum, quod alia parte solis cursu premitur tellus, alia longe ab eo distat, alia per medium temperatur. igitur uti constitutio mundi ad terrae spatium inclinatione signiferi circuli et solis cursu disparibus qualitatibus naturaliter est conlocata, ad eundem modum etiam ad regionum rationes caelique varietates videntur aedificiorum debere dirigi conlocationes.

2. sub septentrione aedificia testudinata et maxime conclusa et non patientia sed conversa ad calidas partes oportere fieri videntur. contra autem sub impetu solis meridianis regionibus, quod premuntur a calore, patentiora conversaque ad septentrionem et aquilonem sunt faciunda. ita quod ultra natura laedit, arte erit emendandum. item reliquis regionibus ad eundem modum <debet> temperari, quemadmodum caelum est ad inclinationem mundi conlocatum.

Marcus Vitruvius Pollio <ca. 80/70 v. Chr. - nach 15 v. Chr.>: De architectura libri decem, lib. VI, c. I

 1. IF our designs for private houses are to be correct, we must at the outset take note of the countries and climates in which they are built. One style of house seems appropriate to build in Egypt, another in Spain, a different kind in Pontus, one still different in Rome, and so on with lands and countries of other characteristics. This is because one part of the earth is directly under the sun's course, another is far away from it, while another lies midway between these two. Hence, as the position of the heaven with regard to a given tract on the earth leads naturally to different characteristics, owing to the inclination of the circle of the zodiac and the course of the sun, it is obvious that designs for houses ought similarly to conform to the nature of the country and to diversities of climate.

[2] 2. In the north, houses should be entirely roofed over and sheltered as much as possible, not in the open, though having a warm exposure. But on the other hand, where the force of the sun is great in the southern countries that suffer from heat, houses must be built more in the open and with a northern or northeastern exposure. Thus we may amend by art what nature, if left to herself, would mar. In other situations, also, we must make modifications to correspond to the position of the heaven and its effects on climate.

Übersetzung: Morris Hicky Morgan. -- 1914. -- Public domain.

0. Übersicht - contents - สารบัญ

Raumlufttechnik (RLT) = ventilation and air-conditioning technology

1. Abkürzungen - abbreviations - คำย่อ

Handbuch 2008:

Handbuch der Klimatechnik / Baumgarth, Hörner, Reeker (Hrsg.). -- Heidelberg : Müller. -- 24 cm

Lechner 2009

Lechner, Norbert. Heating, cooling, lighting : sustainable design methods for architects. -- 3rd ed. -- Hoboken, N.J. : John Wiley & Sons, 2009. -- XIX, 698 S. : ill.  ; 29 cm. -- ISBN: 978-0-470-04809-2

plusminus 2007

plusminus20°/40°latitude : sustainable building design in tropical and subtropical regions / [Schüco]. Dirk U. Hindrichs ; Klaus Daniels (eds.). With contributions by Sonja Berthold ... -- Stuttgart ; London : Ed. Menges, 2007. -- 457 S. : zahlr. Ill.  ; 31 cm. -- ISBN 978-3-930698-83-7.

Taschenbuch 2007:

Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik / hrsg. Ernst-Rudolf Schramek [<1937 - >]. -- 73. Aufl. -- München : Oldenbourg Industrieverl., 2007. -- 2029 S. : Ill. ; 22 cm.

2. Ebenen der Entwurfsstrategien - scales of design strategies

In

Brown, G. Z. ; DeKay, Mark: Sun, wind & light : architectural design strategies / G.Z. Brown, Mark DeKay ; illustrations, Virginia Cartwright ... [et al.].  -- 2nd ed.  -- New York : Wiley, 2001. -- XIX, 382 S. : Ill. ; 22 x 28 cm.  -- ISBN 0471348775

sind die Entwurfsstrategien (design strategies) nach drei Größenordnungen geordnet:

  1. Gebäudekomplexe - building groups: Straßen, Plätze, Siedlungen, andere Gebäude ... Umfasst auch Stadtplanung, Ortsplanung, Bauleitplanung und Landschaftsplanung u.ä. 
  2. Gebäude - buildings: Räume, Höfe, Gärten ...
  3. Bauteile - building parts: Wände, Dächer, Böden, Fenster ...


Abb.: Entwurfsebene 1: Stadtplanung ist meist außerhalb der Möglichkeiten eines Architekten. Brasilia, ab von den Architekten Lúcio Costa (1902 - 1998) und Oscar Ribeiro de Almeida Niemeyer Soares Filho (1907 - ) von 1957 bis 1964 geplante Hauptstadt Brasiliens.


Abb.: Entwurfsebene 1: Stadtplanung: Charleston, South Carolina, 1877: die Stadt ist zwischen dem Ashley River und dem Cooper River so angelegt, dass die täglichen nachmittäglichen Südwestwinde die Stadt optimal durchlüften und kühlen


Abb.: Entwurfsebene 1: Einfluss der Anordnung der Gebäude auf die Durchlüftung durch Wind (Windschatten)
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3038002543/  . -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Entwurfsebenen 1 und 2: Einfluss der Fassadenanordnung und der relativen Höhe auf den Windfluss
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3038794008/ . -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Entwurfsebene 1: Siedlung. Reihenhäuser, Chiang Mai - เชียงใหม่, Thailand - เมืองไทย
[Bildquelle: garycycles2. -- http://www.flickr.com/photos/garycycles2/2996015150/. -- Zugriff am 2009-08-26. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Entwurfsebene 1: Siedlungsform: Singapur vs. Mexico City (schematisch)
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3619202185/. -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)] 


Abb.: Entwurfsebene 2: Haus und Garten. Biosolar-Haus, Thailand - เมืองไทย
[Bildquelle: 台達電子文教基� �會. -- http://www.flickr.com/photos/delta_foundation/1868593460/. -- Zugriff am 2009-08-26. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Entwurfsebene 3: Fenster: Große Fensterfronten erhöhen nicht nur die Kühllast, sondern sie erfordern auch besondere Reinigung: Fensterputzer, Bangkok - กรุงเทพฯ, Thailand - เมืองไทย
[Bildquelle: Mimi_K. -- http://www.flickr.com/photos/mimk/2011940189/. -- Zugriff am 2009-08-26. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

3. Prioritäten der Raumlufttechnik in heißem Klima - priorities - สิทธิที่จะได้ก่อน

Pyramide der Prioritäten

"Mechanik" - mechanical equipment

Passivtechnik - passive systems
Vermeidung - retention, rejection, avoidance

Eine gegenüber der Mitwelt verantwortungsvolle Raumlufttechnik geht - nach Lechner 2009, S. 9 - nach folgenden Prioritäten vor:

  1. Erste Priorität: Vermeidung von soviel für das Komfortklima ungünstigen Faktoren (Hitze, Kälte, Luftfeuchtigkeit usw.) wie nur möglich
     
  2. Zweite Priorität: Passivtechnik: Beseitigung bzw. Milderung des Rests an ungünstigen Faktoren auf passive Weise, d.h. mit minimalem Verbrauch knapper bzw. umweltbelastender Ressourcen (Energie, Wasser, knappe, nicht nachwachsende Rohstoffe usw.)
     
  3. Dritte Priorität: "Mechanik": Was nach Schritt 1 und 2 noch übrigbleibt und für das Wohlbefinden sehr abträglich ist, wird auf möglichst umweltschonende Weise unter Verbrauch knapper bzw. umweltbelastender Ressourcen (Energie, Wasser, knappe, nicht nachwachsende Rohstoffe usw.) auf ein erträgliches Maß gebracht

Für heiße Klimate, in denen es keine kalten Jahreszeiten mit der Notwendigkeit einer Heizung gibt, bedeutet die für die Raumluftttechnik vor allem:

  1. Erste Priorität: Vermeidung von Hitze und Luftfeuchtigkeit
  2. Zweite Priorität: Passive Kühlung und Entfeuchtung
  3. Dritte Priorität: "Mechanische" (aktive) Kühlung und Entfeuchtung

Auf eventuell nötige Wärmung während der kalten Jahreszeit wird hier nicht eingegangen. Grundsätzlich gelten dafür entsprechend die gleichen Prioritäten.

Leider steht in der Bauplanung oft die "Mechanik" an erster Stelle, die Möglichkeit von Passivtechniken wird nicht erwogen und Gesichtspunkte der Wirtschaftlichkeit, des Prestiges, des Designs oder gesuchter Originalität haben Vorrang vor Vermeidung von ungünstigen Raumluftfaktoren. Oft ist es auch bloße Gedankenlosigkeit von Bauherren und Bauplanern.


Abb.: Heißt zwar "Sonnenstadt", auf die Sonne wurde aber bei der Stadtplanung keine Rücksicht genommen: pro Kreis haben nur zwei Häuser eine ideale Ausrichtung. Sun City, Phoenix, Arizona, USA
©Google Earth. -- Zugriff am 2009-06-29

4. Erste Priorität: Vermeidung von Hitze und Luftfeuchtigkeit - heat retention, heat rejection, heat avoidance

[Quelle der Abb.: Regional guidelines for building passive energy conserving homes / by the AIA Research Corporation for the U.S. Dept. of Housing and Urban Development, Office of Policy Development and Research in Cooperation with U.S. Dept. of Energy. -- [Washington] : The Office : for sale by Supt. of Docs., U.S. Govt. Print. Off., 1978. -- 312 p. : ill. ; 22 x 28 cm. -- S. 183 - 185 ; 231f. ; 263 ; 266 ; 249 ; 265.]

4.1. Nutzung von Beleuchtung, Haushalts- und Arbeitsgeräten, die möglichst wenig Wärme abgeben (Verringerung der inneren Kühllast)

"Innere Kühllasten (internal cooling loads)

Unter inneren Kühllasten versteht man diejenigen Kühllasten, welche durch Energieumwandlungsprozesse, die im Inneren des betrachteten Raumes oder Gebäudes stattfinden, entstehen und zu einer Erwärmung des Raumes führen. Dazu gehören:

  • Wärmeabgabe durch Personen
  • Wärmeabgabe durch Beleuchtung
  • Maschinen- und Gerätewärme
  • Wärmeeintrag durch Stoffdurchsatz
  • Wärme durch chemische Reaktionen
  • Wärmestrom von Nachbarräumen
Latente Wärmelasten

Eine besondere Form der inneren Kühllasten sind latente Wärmelasten. Diese sind nicht spürbar, weil der Raum sich (noch) nicht durch sie erwärmt hat. Es handelt sich hierbei um die Enthalpie des in der Raumluft enthaltenen Wasserdampfes. Wenn dieser Wasserdampf kondensiert (z.B. durch eine Abkühlung des Raumes durch eine Klimaanlage), wird die enthalpisch gespeicherte Wärmeenergie des Wasserdampfes frei, und führt dem Raum Energie zu, die jetzt zu einer Erwärmung und somit einem zusätzlichen Leistungsbedarf der Klimaanlage führt.

Die Summe dieser Faktoren ergibt die innere Kühllast eines Gebäudes oder Raumes."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%BChllast. -- Zugriff am 2009-09-10]

Starke Wärmeerzeuger im Innenraum sind z.B.:

Durch

lässt sich die innere Kühllast bedeutend verringern und somit auch die Energieleistung für aktive Kühlung verringern.


Abb.: Wärmeerzeuger und Energieverschwender Glühlampe
[Bildquelle: Wikipedia. -- Gemeinfrei]


Abb.: Wärmeentwicklung  eines PC gezeigt im Thermogramm
[Bildquelle: bittidjz. -- http://www.flickr.com/photos/bittidjz/1890398806 . -- Zugriff am 2009-08-25. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, shere alike)]


Abb.: Auch eine Freiluftküche verhindert die Erwärmung der Wohnung durch Kochgeräte
[Bildquelle: Sanjay Maharishi. -- http://www.flickr.com/photos/sanjay-maharishi/1071587035/. -- Zugriff am 2009-07-06. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)] 

4.2. Sonnenschutz und Beschattung - shading - ร่มเงา

Ein Maß für die Wirksamkeit von Sonnenschutz bei transparenten Bauteilen (Fenster) ist der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert): er ist ein Maß für die Summe aus Strahlungsdurchgang durch das Glas plus sekundärer Wärmeabgabe nach innen durch das erwärmte Durchgangmedium. Ein g-Wert von 1 bedeutet, dass 100% der Energie durch das Medium (Glas) geht, ein g-Wert von 0,30, dass 30% der Energie durchgehen und 70% abgehalten bzw. reflektiert werden. Ein guter Sonnenschutz reduziert  den Durchgang von Strahlungswärme und die Bildung von Strahlungswärme durch Erwärmung des Durchgangsmediums. Wegen der Vermeidung von Erwärmung des Durchgangsmediums ist ein außen liegender Sonnenschutz wirksamer als ein innen liegender.

Sonnenschutz und Beschattung kann man erreichen durch

Bei Sonnenschutz unterscheidet man:

Für den Wirkungsgrad einzelner Sonnenschutzvorrichtungen kann man folgende Werte (Abminderungsfaktoren) zur ersten Abschätzung nehmen:

Sonnenschutzvorrichtung1 Abminderungsfaktor2
Ohne Sonnenschutzvorrichtung 1.0
Innenliegend bzw. zwischen den Fensterscheiben liegend  
  weiß oder reflektierende Oberfläche mit geringer Transparenz 0.75
  helle Farben mit geringer Transparenz 0.80
  dunkle Farben und höhere Transparenz 0.90
Außenliegend
  Jalousien sowie Stoffe mit geringer Transparenz 0.25
  Jalousien sowie Stoffe mit höherer Transparenz 0.40
Vordächer, Loggien 0.50
Markisen, allgemein 0.50

1 Die Sonenschutzvorrichtung muss fest installiert sein. Dekorative Vorhänge gelten nicht als Sonnenschutzvorrichtung

2 Der Abminderungsfaktor gibt an wieviel Sonnenstrahlung gegenüber der Strahlung ohne Sonnenschutzvorrichtung (=1.0) durchgelassen wird. Je kleiner der Abminderungsfaktor, desto größer ist die Sonnenschutzwirkung.

[Quelle der Daten: Bläsi, Walter: Bauphysik. -- 7. Aufl. -- Haan-Gruiten : Verl. Europa-Lehrmittel, 2008. -- 342 S. : Ill. ; 24 cm. -- (Bibliothek des technischen Wissens). -- ISBN 978-3-8085-4267-5. -- S. 21.]

 


Abb.: Beschattung durch Bauform und Reflexion der Wärmestrahlen durch Neigung der Fenster: Michael and Kemper Goodwin: City Hall, Tempe, Arizona, USA, erbaut 1970
[Bildquelle: marco 2000. -- http://www.flickr.com/photos/marco2001/3704896528/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Sonnenschutz und Beschattung: Louis I.Khan <1901/02 - 1974>: National Assembly Building - জাতীয় সংসদ ভবন, Dhaka - ঢাকা, Bangladesh - বাংলাদেশ - ประเทศบังกลาเทศ
[Bildquelle: onbangladesh. -- http://www.flickr.com/photos/onbangladesh/2983916378/. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Sonnenschutz und Beschattung: Louis I.Khan <1901/02 - 1974>: Ambulatory, National Assembly Building - জাতীয় সংসদ ভবন, Dhaka - ঢাকা, Bangladesh - বাংলাদেশ - ประเทศบังกลาเทศ
[Bildquelle: naquib. -- http://www.flickr.com/photos/naq/385593834/. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Beschattung, Nordthailand - ภาคเหนือ, Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: kokoro_chiangmai. -- http://www.flickr.com/photos/24586763@N05/2330709921/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Beschattung modern: Solarhaus mit Windanlage, Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: 台達電子文教基� �會. -- http://www.flickr.com/photos/delta_foundation/1884217817/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Comons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)


Abb.: Beschattung experimentell: Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: Florent_p. -- http://www.flickr.com/photos/unemotoeninde/1221833916/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Beschattung: Charles Sumner Greene <1868-1957> and Henry Mather Greene <1870-1954>: Gamble House, Pasadena, Kalifornien, USA, erbaut 1908/09
[Bildquelle: DisneyKrayzie. -- http://www.flickr.com/photos/disneykrayzie/3571710435/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung]


Abb.: Beschattung: Frank Lloyd Wright <1867 – 1959>: Robie House, Chicago, Illinois, USA
[Bildquelle: Cervin Robinson / Wikipedia. -- Public domain]


Abb.: Beschattung als ein Hauptelement architektonischen Designs: Frank Lloyd Wright <1867 – 1959>: Price Tower, Bartlesville, Oklahoma, USA, vollendet 1956
[Bildquelle: natehofer. -- http://www.flickr.com/photos/nhofer/2279042154/ . -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Na


Abb.: Beschattung durch römisches Atrium (zentraler, teilweise überdachter Hof - ลานกลางบ้านแบบโรมัน)
[Bildquelle: Ohto Kokko / Wikipedia. -- GNU FDLicense]


Abb.: Beschattung durch Loggia, Bruniquel, Region Midi-Pyrénées, Frankreich - ประเทศฝรั่งเศส
[Bildquelle: нσвσ. -- http://www.flickr.com/photos/hobo_pd/330869905/. -- Zugriff am 2009-06-13. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Traditionelle europäische Fensterläden (shutter - บานเกล็ดหน้าต่าง)
[Bildquelle: Lueger: Lexikon der gesamten Technik, 1904. --  Bd. 3, S. 695]


Abb.: Fensterläden, Riedlingen, Baden-Württemberg, Deutschland
[Bild: A. Payer, 2009]


Abb.:

"Wood slat shades roll across the facade on galvanized barn door track controlling the amount of solar gain inside the house. The house opens and closes over the course of the day, changing the facade.

Project: 3 Trees
Location: Eagle Rock, California, USA
Description: Addition and remodel to a residence. The house was built around three trees. The project includes: grey water recycling, storm water capture, recycled coal fly ash concrete, solar energy, recycled lumber, passive cooling, thermal rock wall, and mobile shade panels."

[Bildquelle: Jeremy Levine Design. -- http://www.flickr.com/photos/jeremylevinedesign/3508271182/ . -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: Klassische südländische Beschattung durch Markise, Köln, Deutschland
[Bild: A. Payer, 2009]


Abb.: Sudare (すだれ) (= traditionelle japanische Jalousie), Japan - 日本 - ประเทศญี่ปุ่น
[Bildquelle: sato sugar. -- http://www.flickr.com/photos/satosugar/43539052/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennnung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Sudare (すだれ) (= traditionelle japanische Jalousie), Japan - 日本 - ประเทศญี่ปุ่น
[Bildquelle: ionushi. -- http://www.flickr.com/photos/ionushi/1585181623/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Sonnenschutz durch computergesteuerte Blenden (Irisblenden) (wie bei einer Kamera): Jean Nouvel (1945 - ): Institut du monde arabe, Paris, Frankreich, 1987
[Bildquelle: uBookworm. -- http://www.flickr.com/photos/ubookworm/60610414/ . -- Zugriff am 2009-09-03. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Sonnenschutz durch computergesteuerte Blenden (Irisblenden) (wie bei einer Kamera): Jean Nouvel (1945 - ): Institut du monde arabe, Paris, Frankreich, 1987
[Bildquelle: roryrory. -- http://www.flickr.com/photos/roryrory/2520821744/  -- Zugriff am 2009-09-03. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Öffenbare "Sonnenschutzhaut": CalTrans Headquarters District 7 Building, Los Angeles, USA
[Bildquelle: Kansas Sebastian. -- http://www.flickr.com/photos/kansas_sebastian/3499522180/. -- Zugriff am 2009-09-09. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]
 


Abb.: Aufbau eines Sonnenschutz-Isolierglases auf Basis Silberbeschichtung
[Bildquelle: Wikipedia. gemeinfrei]


Abb.: Sonnenschutzglas. Hochhaus, Bangkok, Thailand
[Bildquelle: mark e dyer. -- http://www.flickr.com/photos/markedyer/2217799586/. -- Zugriff am 2009-08-27. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

Sonnenschutzglas ist ein spezielles Flachglas, das eine zu starke Sonneneinstrahlung in den Raum und damit eine übermäßige Aufheizung der Raumluft vermindert.

Definition

Ein Sonnenschutzglas ist ein spezielles Flachglas, das eine zu starke Sonneneinstrahlung in den Raum und damit eine übermäßige Aufheizung der Raumluft vermindert. Diesen Effekt erreichen Sonnenschutzgläser durch Absorption oder Reflexion: Dem Absorptionsglas werden bei der Glasschmelze Farbstoffe (z. B. Eisenoxid, Kupferoxid) beigemischt. Das reflektierende Glas kann eine Reflexion im nicht-sichtbaren Bereich (Infrarotbereich, für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar) und/oder sichtbaren Bereich aufweisen. Dieses Glas ist mit metallischen, dielektrischen, halbleitenden Substanzen als festhaftender Film beschichtet.

Sonnenschutzglas wirkt der Überhitzung von Innenräumen entgegen, ohne den Raum zu verdunkeln. Es kann entweder als alleiniger Sonnenschutz oder in Kombination mit anderen Verschattungs- und Kühlungssystemen verwendet werden. Die Wirkungsweise ist bei gefärbtem und beschichtetem Sonnenschutzglas unterschiedlich. Gefärbtes Sonnenschutzglas absorbiert die Sonnenstrahlung und gibt die Energie wieder nach außen ab. Beschichtetes Glas bewirkt, dass die einstrahlende Energie nach außen reflektiert wird.

Es gibt unterschiedliche Arten von Beschichtungen. So sind manche Beschichtungen für die Verwendung auf Einzelglasscheiben und zum Einbau auf der Wetterseite geeignet, andere wiederum müssen zu Isolierglas verarbeitet werden. Wird die Beschichtung auf die Außenseite der äußeren Glasscheibe aufgetragen, ist der Lichtreflexionsgrad höher, es entsteht eine erhöhter Spiegeleffekt. Wird die Sonnenschutz-Beschichtung nur auf der Innenseite der Außenscheibe verwendet (wie bei allen infrarotreflektierenden Gläsern), entsteht ein geringerer oder kein Spiegeleffekt. Zum Teil ist die Reflexion sogar niedriger als bei unbeschichtetem Glas.

Unterscheidungsmerkmale von Sonnenschutzgläsern

Sonnenschutzwirkungsgrad

Grundsätzlich ist die Wirksamkeit jedes Sonnenschutzes abhängig vom Nutzerverhalten, dem Anbringen und der Hinterlüftung des Sonnenschutzes, dem Abstand von der Verglasung und der Art der Verglasung. Je nach Ausrichtung, Bauweise und Nutzung des Gebäudes werden auch unterschiedliche Anforderungen an Sonnenschutz durch Glas gestellt.

Gesamtenergiedurchlassgrad

Der Grad der Sonnenschutzwirkung bei Glas wird durch den Gesamtenergiedurchlassgrad, den g-Wert, bestimmt. Die Gesamtenergie setzt sich zusammen aus der Sonnenenergie, die direkt durch das Glas in das Innere des Raumes gelangt, und der Energie, die bei Glaserwärmung nach innen abgegeben wird. Je kleiner der g-Wert, desto höher ist die Sonnenschutzwirkung. Der g-Wert von modernen Sonnenschutzgläsern liegt im Bereich zwischen 0,18 und 0,48, die Werte von Wärme-Isolierverglasungen liegen zwischen 0,6 und 0,65.

Lichtdurchlässigkeit

Sonnenschutzgläser besitzen, je nach Wirkungsgrad, eine Lichtdurchlässigkeit zwischen 50 und 70 % (zum Vergleich: Wärmeschutzgläser haben eine Lichtdurchlässigkeit von ca. 80 %). Diese Werte reichen je nach Fensteranteil völlig aus, um das Rauminnere durch Tageslicht zu erhellen. Einen Blendschutz bieten Sonnenschutzgläser nicht, dieser kann durch zusätzliche Verschattungssysteme wie Jalousien oder Rollos erreicht werden.

U-Wert von Verglasungen

Der Wärmedurchgangskoeffizient, der sogenannte U-Wert, sollte bei Verglasungen möglichst niedrig sein, um im Winter die Wärme im Inneren nicht nach außen entweichen zu lassen. Sonnenschutzgläser, die als Isoliergläser mit Wärmedämmung ausgestattet sind, besitzen diese niedrigen U-Werte. Beide Funktionen, Sonnen- und Wärmeschutz, werden bereits teilweise durch nur eine Beschichtung erfüllt.

Herstellung

Am Anfang steht die klassische Glasherstellung im Floatglasverfahren. Bei diesem endlos-kontinuierlichen Prozess durchläuft das Glas, welches hauptsächlich aus den Materialien Quarzsand, Kalk und Soda besteht, eine lange Produktionslinie. Das zunächst flüssige Glas wird durch sehr langsames Abkühlen fest und dann in Bandmaße von bis zu 800 x 321 cm zugeschnitten und zu Weiterverarbeitungswerken transportiert.

Seine Eigenschaften erhält das Sonnenschutzglas bei Bandmaßen bis zu 600 x 321 cm durch Beschichtung und/oder Einfärbung der Gläser, je nachdem, ob farbiges oder farbneutrales Sonnenschutzglas hergestellt werden soll. Es gibt zwei Beschichtungsverfahren: das pyrolytische und das Magnetron-Verfahren.

Magnetron-Beschichtungsverfahren

Das so genannte Mehrkammer-Magnetron-Hochvakuum-Beschichtungsverfahren wird heute überwiegend verwendet. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes Off-Line Verfahren, d.h. die Beschichtung wird nicht bei der eigentlichen Glasherstellung aufgebracht, sondern in einem separaten Produktionsprozess. Bei der Magnetron-Technologie wird das Glas hauchdünn mit Edelmetall beschichtet und erreicht durch die sehr präzise Steuerung eine außergewöhnliche Gleichmäßigkeit der Schichtdicke.

Pyrolytisches Beschichtungsverfahren

Das pyrolytische Verfahren ist ein sogenanntes On-Line Verfahren. Hierbei werden bei der Flachglasherstellung flüssige Metalloxide auf das heiße Glas gesprüht. Die Metalloxide werden regelrecht in die noch heiße Glasoberfläche eingebrannt. Pyrolytische Schichten zeichnen sich durch hohe mechanische Beständigkeiten und Korrosionsfreiheit aus.

Auswahl der Sonnenschutzgläser

Maßgeblich für das richtige Glas sind die Sonnenschutzwirkung, die Lichtdurchlässigkeit und die Ästhetik. Für den Einsatz im Wohnbereich eignet sich in den meisten Fällen ein Glas mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit und einem leichten Sonnenschutz (Lichttransmission 70% / g-Wert 40%). Bei Dachverglasungen wählt man dagegen eher ein Glas mit einer höheren Sonnenschutzwirkung. Weiterhin ist der Ug-Wert (hierbei gilt: je niedriger desto besser) für die Wahl des Sonnenschutzglases von Bedeutung.

Wirkung in der Praxis

Sonnenschutzgläser können bis zu 82 % der auftreffenden Sonnenenergie abhalten. Bei der Studie eines Ingenieurbüros wurde im Jahr 2007 [1] die Wirkung von Sonnenschutzglas im Vergleich zu einer konventionellen Wärmeschutzverglasung in vier verschiedenen Räumen (Wohnzimmer, Kinderzimmer, Dachzimmer und Wintergarten) getestet. Dabei konnten die Durchschnittstemperaturen in den Räumen mit Sonnenschutzverglasung sowohl in einer Hitzeperiode als auch im Jahresschnitt spürbar gesenkt werden. Im Test-Wohnzimmer mit leichtem Sonnenschutzglas herrschten an 7 % der Nutzungszeit Temperaturen über 26 Grad. Mit konventioneller Wärmeschutzverglasung mussten die Bewohner 22 % der Nutzungszeit Temperaturen über 26 Grad aushalten.

Sonnenschutzglas kann andere Verschattungssysteme ersetzen und Kühlgeräte wie Klimaanlagen entlasten oder teilweise auch ersetzen, wodurch die Umwelt geschont und Energie eingespart wird.

Einsatzbereiche

Sonnenschutzgläser gibt es in verschiedenen Variationen:

  • farbneutral, farbig oder reflektierend, plan oder gebogen und in unterschiedlichen Größen
  • sie können sowohl vertikal als auch über Kopf angebracht werden
  • als geklebte Glasfassaden, als punktgehaltene Fassadengläser, als „Zweite-Haut-Fassaden“ bei Außenwandverkleidungen, als Glaswände und Atrien

Der Einbau von Sonnenschutzgläsern ist fast überall möglich, in Büro- und Geschäftsgebäuden, in Schulen, in Industriebauten und Wohnhäusern, in Wintergärten oder an Brüstungen. Insbesondere ist der Einsatz bei folgenden Kriterien bzw. Objekteigenschaften sinnvoll:

  • an denkmalgeschützten Fassaden, die keinen weiteren Anbau für andere Sonnenschutzsysteme zulassen
  • dort, wo der Blick nach draußen immer frei sein soll
  • wo ein geringer Pflegeaufwand gewünscht ist
  • wenn der Preis für die Bebauungsfläche so hoch ist, dass ein außenliegender Schutz zu teuer wird
  • wenn die freie Einsicht wichtig ist (z. B. bei Schaufenstern) und es innen trotzdem angenehm temperiert sein soll
  • wenn Folgekosten (z. B. Einbau von Klimageräten) vermieden werden sollen
  • wenn eine preiswerte Lösung (gegenüber anderen Verschattungssystemen wie Jalousien, Rollläden) erwünscht ist oder
  • wenn auf farbige Akzente wert gelegt wird.

Vorgeschrieben ist ein Sonnenschutz, wenn der Fensterflächenanteil der Fassade mindestens 30 % entspricht.

Zusatzfunktionen

Moderne Sonnenschutzgläser werden meist als Isolierglas hergestellt. Damit besitzen sie gleichzeitig eine wärmedämmende Funktion. Sonnenschutzgläser lassen sich auch als vorgespanntes Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder als Verbundsicherheitsglas (VSG) herstellen und bieten so Schutz gegen Verletzungsgefahr und Einbruch. Eine weitere nützliche Zusatzfunktion ist die Selbstreinigung. Eine spezielle Beschichtung auf der Außenseite des Glases bewirkt eine Zersetzung des auf dem Glas haftenden Schmutzes, der dann durch Regen oder Spritzwasser weggespült wird. Mit einer speziellen Akustikfolie im Scheibenzwischenraum und einem etwas anderen Scheibenaufbau erhalten die Gläser zudem eine schallschützende Wirkung. Auch Sonnenschutzglas in Kombination mit Design ist möglich, farbig oder mit Ornamenten.

Kombination mit Verschattungssystemen

Sonnenschutzgläser bieten einen wirksamen Schutz gegen Überhitzung im Inneren, jedoch keinen Blendschutz. Um die störende Blendung ganz auszuschließen und die Aufheizung noch mehr zu vermeiden, sind zusätzliche Verschattungssysteme sinnvoll. Dabei sind auch gewisse Einschränkungen zu beachten: Außen liegende Verschattungen haben den Nachteil, wind- und schmutzanfällig zu sein und sie müssen regelmäßig gewartet werden. Innenliegende Verschattungssysteme können ebenfalls reparaturbedürftig sein, sie sind schmutz- und staubanfällig und können verbleichen. Eine andere Alternative sind Wärmeschutzgläser mit integriertem Verschattungssystem, hierbei befinden sich Lamellen im Zwischenraum des mehrscheibigen Glases.

Markt und Nachfrage von Sonnenschutzsystemen

Die Nachfrage nach Sonnenschutz steigt seit Jahren an und wird aufgrund des Klimawandels mit seinen immer längeren und wärmeren Klimaphasen auch in Zukunft weiter wachsen. Vor fünf Jahren wurden an 64 % der Fassaden Sonnenschutzsysteme angebracht, für das Jahr 2007 liegt die Prognose nach einer Studie von INTERCONNECTION bereits bei 85,9 %.

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenschutzglas. -- Zugriff am 2009-08-27]


Abb.: Beschattung mit toldos, La Trinidad, Málaga, Spanien - ประเทศสเปน
[Bildquelle: Alberts. -- http://www.flickr.com/photos/biologo/2732392473/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Beschattung: Frei Otto <1925 - >, Bodo Rasch <1903 - 1995>: Schirme im Innenhof der Prophetenmoschee  (1971) - ‏المسجد النبوي‎, Medina - ‏المدينة المنورة‎ , Saudi-Arabien - ‏المملكة العربية -  ประเทศซาอุดีอาระเบีย
[Bildquelle: Ikhlasul Amal. -- http://www.flickr.com/photos/ikhlasulamal/3529749029/. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

In der geplanten Ökostadt ("CO2-neutrale Wissenschaftsstadt") Masdar City (مصدر‎) in Abu Dhabi ( إمارة أبو ظبي‎) soll das Stadtzentrum als Plazza nach einem Entwurf des Stuttgarter Architekturbüros LAVA (Inhaber: Chris Bosse, Tobias Walliser und Alexander Rieck) mit großen beweglichen Schirmen, die Sonnenblumen nachempfunden sind beschattet  werden. Die Schirmstellung wird dem Sonnenstand nachgeführt. Die Schirme speichern dabei Wärme, die sie nachts im zusammengefalteten Zustand wieder abgeben.


Abb.: Beschattung mit Rankgitter (trellis), Turpan - 吐鲁番地区, Xinjiang - 新疆维吾尔自治区 / شىنجاڭ ئۇيغۇر ئاپتونوم رايونى, China - 中華- ประเทศจีน
[Bildquelle: tsc_traveler. -- http://www.flickr.com/photos/spyderball/71705914/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: Beschattung durch Überbauung der Straße: Großer Bazaar - بازار بزرگ, Isfahan - اصفهان, Iran - ايران
[Bildquelle: dave watts. -- http://www.flickr.com/photos/wattsdave/2495196154/ . -- Zugriff am 2009-08-19. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Beschattung durch Überbauung der Gehwege: B. V. (Balkrishna Vithaldas) Doshi <1927 - >: "Bazaar for education", Indian Institute of Management (IIM), Bangalore - ಬೆಂಗಳೂರು, Indien
[Bildquelle: anuradhac. -- http://www.flickr.com/photos/anuradhac/3712211631/ . -- Zugriff am 2009-08-19. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Le Corbusier <1887 - 1965>: Brise soleil (als Parasol roof), High Court, Chandigarh (चंडीगढ़, ਚੰਡੀਗੜ੍ਹ), Indien
[Bildquelle: Eye-for-it (Off & On ). -- http://www.flickr.com/photos/gb_p/1231002331/. -- Zugriff am 2009-06-25. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Brise soleil: Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien
[Bildquelle: anuradhac. -- http://www.flickr.com/photos/anuradhac/290757194/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

"Brise soleil, sometimes brise-soleil (breez-soh-ley, from French, "sun breaker"), in architecture refers to a variety of permanent sun-shading techniques, ranging from the simple patterned concrete walls popularized by Le Corbusier to the elaborate wing-like mechanism devised by Santiago Calatrava for the Milwaukee Art Museum or the mechanical, pattern-creating devices of the Institut du Monde Arabe by Jean Nouvel.

In the typical form, a horizontal projection extends from the sunside facade of a building. This is most commonly used to prevent facades with a large amount of glass from overheating during the summer. Often louvers are incorporated into the shade to prevent the high-angle summer sun falling on the facade, but to also allow the low-angle winter sun to provide some passive solar heating."

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Brise_soleil. -- Zugriff am 2009-06-25]


Abb.: Santiago Calatrava <1951 - >: Bewegliche brise soleil, Milwaukee Arts Museum, USA, eröffnet 2001
[Quelle der 3 Bilder: Michael Hicks (Mulad) / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: So wie das Heliotrop-Haus des Architekten Rolf Disch <1944 - > in Freiburg i. Br. (Deutschland) durch Drehung nach der Sonne optimale Sonneneinstrahlung erhält, ist auch eine Helio-atrop denkbar, das sich von erhitzender Sonneneinstrahlung je nach Sonnenstand abwendet
[Bildquelle: Joergens.mi / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

"Die architektonische Grundform einer drehbaren Säule aus Holz und Glasflächen ermöglicht es dem Gebäude, die Sonneneinstrahlung optimal zu nutzen, durch die Rotation ist die Anpassung an den jeweiligen Sonnenstand abhängig von den Erfordernissen der aktuellen Jahreszeit möglich.

Der energetische Aufwand, um das Gebäude der Sonne nach zu drehen, entspricht etwa dem Stromverbrauch eines Videorekorders im Stand-by-Betrieb."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Heliotrop_%28Geb%C3%A4ude%29. -- Zugriff am 2009-06-13]


Abb.: Vorschlag für eine Heliotrop-Beschattung von Norbert Lechner
[Zeichnung: A. Payer nach Lechner 2009, S. 240]

4.3. Natürliche und künstliche Wohnhöhlen - caves and dugouts - เลณ


Abb.: Wärmeisolierung durch Bauen in den Abhang hinein (Verbindung der Häuser mit Höhlen), Oia - Οία, Santorin - Σαντορίνη, Griechenland - Ελλάδα - ประเทศกรีซ
[Bildquelle: Daniel Reversat. -- http://www.flickr.com/photos/danielreversat/1103768129/. -- Zugriff am 2009-07-10. . -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Hervorragende Wärmeisolierung bieten natürliche Höhlen. Deshalb wurden sie z.B. von Mönchen in Indien und Südostasien als Behausung gewählt. Der Pathet Lao - ປະເທດລາວ - bzw. Việt cộng hatte in Laos aus strategischen Gründen ganze unterirdische Dörfer und Garnisonen in den dort häufigen Karsthöhlen.


Abb.: Eine der 480 Höhlen des Pathet Lao - ປະເທດລາວ - in Viengxai - ວຽງໄຊ , Laos - ປະເທດລາວ - ประเทศลาว
[Bildquelle: Peter Garnhum. -- http://www.flickr.com/photos/petergarnhum/503058724/ . -- Zugriff am 2009-06-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Höhlenwohnung buddhistischer Mönche, Karli, Maharashtra - महाराष्ट्र, Indien - ประเทศอินเดีย, 3./2. Jhdt. v. Chr.
[Bildquelle: penny_7b. -- http://www.flickr.com/photos/penny7b/1523073255/ . -- Zugriff am 2009-06-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

In den heißen Bergbaugebieten Australiens - z.B. in White Cliffs, New South Wales - hat man künstliche Wohnhöhlen unter den Erdboden gegraben, um der mörderischen Hitze zu entgehen.


Abb.: Freizeitraum, Underground Motel, White Cliffs, New South Wales, Australien -
[Bildquelle: kadj. -- http://www.flickr.com/photos/kadj/343822383/ . -- Zugriff am 2009-06-14. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"

"Eine Wohnhöhle ist eine künstliche, selbsttragende Aushöhlung, die zu Wohnzwecken genutzt wird. Selbsttragend heißt, dass weder Stahlbeton noch Holzkonstruktionen zur Deckenabstützung verwendet werden. Es wird nur die dem Boden bzw. Festgestein innewohnende Festigkeit genutzt, die im Laufe der Zeit die Sedimente in Gestein verwandelt hat und des Weiteren nur eine Schicht wässrigen Kalks auf die Wände sowie auf die Decke aufgetragen. Durch ihren Zweck unterscheiden sie sich von den zu religiösen Zwecken genutzten Höhlentempeln und Felsenkirchen.

Vor bzw. während der Grabungen ist die Druck- und Scherfestigkeit des Gesteins zu bestimmen, um Rückschlüsse auf die Haltbarkeit machen zu können. Auch die Bodenfeuchtigkeit ist dafür von Bedeutung. Grabungen können nur oberhalb des Grundwasserspiegels erfolgen, oft in Hanglagen.

Man bezeichnet sie auch als "Haus ohne Dach" oder spricht von subterraner bzw. subtraktiver Architektur, da man vor allem Gestein entfernt. Ausdrücklich sind nicht natürliche Höhlen gemeint, die es oft in Karstgebieten gibt.

Abgrenzung

Erdhaus (Earth sheltered dwelling) werden in Amerika häufig aus Stahl und Beton konstruierte Häuser genannt, bei denen mehr oder weniger dicke Schichten Erde auf das Dach und/oder an einen Teil der Außenwände aufgebracht werden. Das Wohnklima einer Wohnhöhle bleibt teilweise erhalten, es ist jedoch mit viel höheren Investitionkosten zu rechnen. Auch der Architekt Peter Vetsch baut solche Häuser, vor allem in der Schweiz. Rein äußerlich kommen sie dem Design der traditionellen Wohnhöhlen sehr nahe.

Vorteile

Wohnklima

Im Winter ist es drinnen nie kalt, und im Sommer wird es dort nie sehr warm. Das ganze Jahr über herrschen weitgehend ausgeglichene, behagliche Temperaturen, die um die mittlere Jahresaußenlufttemperatur des jeweiligen Gebietes schwanken, je tiefer man unter der Erde ist, desto geringer werden die jährlichen Temperaturschwankungen. In Frankreich ist ab vier Metern Deckschicht nur noch eine Schwankung von 1 °C wahrnehmbar. Im tunesischen Wüstenklima von Matmata sind dafür zwischen sieben und zehn Meter Tiefe nötig. Im südspanischen Crevilliente (bei Alicante) werden gar ganzjährig zwischen 22 und 23 Grad gemessen. Die geschätzte Tiefe liegt dabei zwischen zwei und drei Metern. Demgegenüber werden im nordspanischen Saragossa Temperaturen zwischen 16 (Winter) und 20 °C (Sommer) gemessen.[1] Im gleichfalls südspanischen Almanzora (Almería) werden zwischen 16 und 19 °C gemessen.Im nordwestchinesischen Xi’an herrschen das ganze Jahr über ohne einen Ofen 14 bis 16,5 °C.

Zwischen Tag und Nacht gibt es praktisch keine Schwankungen, wegen der großen thermischen Speichermasse der anstehenden Erde. Verzichtet werden kann auf zusätzliche Isolierung, Heizung (Ausnahme China) oder gar Klimaanlage. Durch den Wärmespeicher-Effekt werden die Höchsttemperaturen in ca. drei Meter Tiefe mit bis zu drei Monaten Verzögerung im Inneren gespürt, also erst im Oktober und die Tiefsttemperaturen erst im April. Dies ändert sich bei Verringerung der Tiefe[2] oder bei stärkerer Be- und Entlüftung.

Hinzu kommt die angenehmere Luftfeuchtigkeit von um die 50 bis 70 %, ganz im Gegensatz zu den überheizten winterlichen Räumen in Häusern und der damit geringen relativen Luftfeuchtigkeit.

Auch die Mehrheit der Klimaanlagen in konventionellen Gebäuden bringt durch die Abkühlung eine ungesunde Absenkung der relativen Luftfeuchtigkeit. Bei länger andauerndem Regen steigt die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb der Wohnhöhle, da sich ein Teil des Regenwassers in Wasserdampf umwandelt und aus der Wand und Decke diffundiert. Auch bei Regen steigt die Luftfeuchtigkeit drinnen jedoch nie auf Werte nahe der Sättigung (100 %). Feuchte Wände durch kondensiertes Wasser gibt es auch nicht, da die Wandtemperaturen dafür nicht weit genug absinken (wiederum wegen der großen Speichermasse des Gesteins).

Preiswertes Wohnen

Höhlen wurden in der Vergangenheit von neu Hinzugezogenen gebaut, die geringe finanzielle Mittel hatten und schnell ein Dach über dem Kopf haben wollten. Diese Vorteile gelten auch heute noch oder wieder, da man für eine Wohnung oder gar ein Haus gewöhnlich lange sparen bzw. sich hoch verschulden muss.

Ausstattung

Höhlen sind vergleichsweise schnell gebaut, und das mit wenigen Mitteln, da man ja in erster Linie ausgräbt bzw. mit Schlagbohrern herausschlägt und die natürlich vorhandene Erde/das Gestein als Mauern, Wände und Dächer nutzt. Einzig Fenster und Türen muss man einsetzen. Dazu kommt dann nur noch eine Kalkschicht (und vorher eventuell etwas Gips, um die von der Hacke/Presslufthammer/Bohrhammer aufgerauhte Oberfläche zu glätten) auf die Oberfläche oder je nach Geschmack auch Tapete. Küche und das WC sind heutzutage Standard. Der Innenausbau, sprich die Verschönerung von Küche und Bad mit Fliesen kann nach und nach stattfinden. Als Schränke dienen vorerst in die Erde gegrabene Nischen eventuell mit Vorhängen. Auch die Verschönerung der Außenfassade kann man in dem Maße beginnen, wie die finanziellen Mittel zur Verfügung stehen. Um das Innere wie ein konventionell konstruiertes Haus aussehen zu lassen, werden mit Hilfe von Gipskarton-Platten Zwischendecken und Seitenwände gesetzt, hinter denen man die bogenförmigen Formen der Höhlen bei Bedarf vollständig verschwinden lassen kann.

Die modernen Höhlen haben nicht nur Strom und Wasser/Abwasser sondern auch Telefon und Internet (bis zur Satellitenantenne), selbst Erdhöhlengaragen (natürlich auch ausgegraben) gibt es.[3] Dank neuer Entwicklungen wie verspiegelten Lichtröhren und dem Einsetzen gut isolierter Oberfenster/Skylights ist in allen Höhlenräumen für Tageslicht und frische Luft gesorgt.

Lärmschutz

Bei Wänden, die zwischen ein und zwei Metern messen, hört man vom Nachbarn selten etwas. Auch eventueller Verkehrslärm aus der Umgebung wird so erheblich gedämmt.

Landschaftsschutz

Höhlenwohnungen passen sich sehr gut in die Landschaft ein, verglichen mit normalen Häusern, aus einiger Entfernung sieht man sie nicht, da die mit Pflanzen bewachsene Erde, die als das Dach dient, ja natürlich dort bleibt. Einzig die Entlüftungsrohre bzw. die Schornsteine aus der Küche ragen heraus. Auch die Sonnenterrasse vor dem Eingang des unterirdischen Hauses besteht aus dem ausgegrabenen Material und ist landschaftlich optimal angepasst.

Umweltschutz/Nachhaltigkeit/Dematerialisierung

Der Baumaterialaufwand ist sehr gering, daraus resultiert eine entsprechende Energieeinsparung (Zement und Stahl sind sehr energieaufwändige Grundstoffe). Es ist keine Isolierung durch Steinwolle oder Polyurethan oder andere Isolationsmaterialen nötig. Der Energieaufwand für Heizung und Kühlung ist vergleichsweise gering, bei großer Wand- und Deckenstärke in südlichen Breitengraden nahezu null.

Solch ein Bau vermeidet Abfälle, ist sehr gut recyclingfähig, aber vor allem sehr langlebig, ganz im Gegensatz zur immer kürzeren Haltbarkeit moderner Häuser. Die meisten heute bewohnten Höhlen sind vor 100 oder 200 Jahren in die Erde gegraben worden.

Nachhaltigkeit

Neben dem guten Wohnklima innen, sorgt der Bau von Wohnhöhlen auch wegen der oben angeführten energetischen Vorteile und dem dadurch eingesparten Klimagas CO2 auch nach außen als Klimaverbesserer. Der Energie- und Wärmebedarf von schlecht gedämmten Wohnungen leistet neben dem Bereich Mobilität den größten Beitrag zum Klimawandel im Bereich des privaten Verbrauchs.

Sicherheit

Wegen ihren Massivität sind Höhlenwohnungen bestens gegen starke Stürme geschützt, da sie weder wegfliegen, noch umkippen können. Weiterhin ist ihre Standsicherheit bei Erdbeben größer als die konventioneller Häuser mit Dächern und ihren vergleichsweise schmalen Wänden.

Brandschutz

Verglichen mit anderen natürlichen Baumaterialien, wie Holz, Schilfrohr-Dächern und ähnlichem zeichen sich Erdwohnungen durch einen sehr guten Brandschutz der Bausubstanz aus.

Allergiefreiheit

Für alle Menschen, die sensibel auf Chemikalien reagieren, ist diese naturnahe Bauform empfehlenswert. Abgesehen vom Radon-Gas kann es keine Probleme geben. Und auch Radon verschwindet bei normaler Belüftung (siehe unten Vorurteile). Natürlich ist die Allergiefreiheit nur gegeben, wenn man die Fenster und Türrahmen beziehungsweise deren Dichtungen nicht mit Holzschutzmitteln und ähnlichem behandelt.

Da das Gefühl der Behaglichkeit in Höhlen nicht durch Erwärmung und Transport der Luft, sondern durch warme Strahlung der Wände und Decken erreicht wird, ist auch mit einer geringeren Staubbelastung durch Wärmeströmung zu rechnen, sowie mit einer gleichmäßigeren vertikalen Temperaturverteilung. Ähnlich wie bei Hypokaustenheizungen, die die Wände/Böden über Luft und Warmwasserleitungen von innen erwärmen, damit diese Wände ihrerseits die Wärme größtenteils als angenehme Niedertemperatur-Wärmestrahlung abgeben.

Flexibel

Falls es Familienzuwachs gibt, muss man nicht umziehen oder beengt wohnen. Man gräbt einfach noch ein Zimmer in die anstehende Erde. Wenn der Nachwuchs auszieht, hat man viel Stauraum.

Nachteile

Feuchtigkeit

Erdwohnungen haben normalerweise keine Tropfen an der Decke oder an Wand oder Fußboden im Unterschied zu natürlich entstanden Tropfsteinhöhlen. Die relative Luftfeuchtigkeit in Wohnhöhlen liegt etwas höher als in konventionellen Wohnungen.

Dass es durch die Decke tropft, verhindert der Troglodyt durch die Auswahl der Bodenart (besser tonig-lehmig als kiesig-sandig) und durch die Dicke der Erddecke über der Höhle. Ob die Undurchlässigkeit der Böden oder deren maximale Wasseraufnahmekapazität wichtiger sind, konnte noch nicht abschließend geklärt werden. Als weiterer Faktor ist die Niederschlagsmenge zu berücksichtigen. In den Gegenden im Süden Spaniens und bei Zaragoza fallen Mengen bis 400 mm (=400 l/m2 und Jahr). Allerdings scheint weniger die Jahresniederschlagsmenge wichtig, als die Menge einzelner Spitzenniederschlagsereignisse. Vereinzelt werden bei schlechten Böden und geringer Deckenmächtigkeit auch Abdichtungen aus Beton oder anderen wasserdichten Materialien genutzt. So ist zum Beispiel der Einsatz von Teichfolie vorstellbar oder auch Abdichtungen, die bei der Dachbegrünung verwendet werden. Deren Einsatz ist aber unter Experten umstritten, da durch die Luftdichtigkeit dieser Materialen auch die nachfolgende Trocknung durch Diffusion/verdunstung aus der Höhlendecke in die darüber befindliche Luft erschwert oder verhindert wird. Bessere Erfahrungen wurden bei zu durchlässigen Deckschichten mit dem Aufbringen von verdichteter Tonerde gemacht.[4]

Radonanreicherung in der Luft

Abhängig von der natürlichen Radioaktivität des Boden kann es zu Anreicherungen von Radon-Gas kommen durch den Aufstieg von Radon aus dem Boden, wie er auch aus Kellern bekannt ist. Radon reichert sich bei normaler Belüftung nicht an. Im Zweifel kann man Messungen der Radonbelastung der Luft vornehmen oder vorher Karten der zuständigen Strahlenschutzbehörde, zum Beispiel des Bundesamtes für Strahlenschutz, konsultieren.[5]

Dunkelheit

Das Fehlen von Tageslicht ist ein Problem in Erdwohnungen, bei denen in mehreren Reihen Räume hintereinander in die Erde gegraben sind. Wenn sich die Räume parallel zur Fassade befinden, hat jeder Raum ein Fenster und Türen, durch die Tageslicht einfällt. Um auch Räume der Höhle in einigen Metern Tiefe mit Tageslicht zu versorgen, werden seit einiger Zeit spezielle Lichtröhren oder „Skylights“ angeboten, die das Licht bis zu acht Meter tief ohne merkliche Verluste transportieren können. An deren Ende ist eine lampenähnliche Vorrichtung angebracht, die eine regelbare, blendfreie Leuchtkraft besitzt.

Optional kann mit diesem System auch eine Belüftung erfolgen. Andere Möglichkeiten sind die Vergrößerung der Fenster in der Fassade, und der Einbau von Fenstern oder anderen transparenten Elementen (Glasziegel oder -block) zwischen inneren und äußeren Räumen .

Abgestandene Luft

Es gibt bei älteren bzw. lange geschlossenen Erdwohnungen teilweise dieses Problem. Inzwischen hat man aber Lösungen gefunden, die über passive und aktive Be- oder Entlüftung die Räume mit der nötigen frischen Luft versorgen können. Die passive Belüftung nutzt Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenluft. Dazu baut man auf der am weitesten vom Eingang entfernten Seite einen Entlüftungsschacht der in dem charakteristischen weißen Schornstein endet. Wenn man diesen Schornstein mit einer sonnenlicht-absorbierenden Oberfläche versieht (dunkle Farbe bzw. wenig reflektierendes Material), kann die Entlüftung vollständig passiv erfolgen, da der erwärmte Schornstein die Luft nach oben zieht. Zusätzlich können heutzutage auch steuerbare Ventilatoren zur Be- und Entlüftung eingebaut werden.

Verbreitung von Wohnhöhlen

Noch oder wieder bewohnte, ausgegrabene Höhlen finden sich in

  • Frankreich (u.a. in der Dordogne und im Département Cher an den Ufern der Loire[6] sowie auf der Insel Korsika in Pianottoli-Caldarello),
  • Spanien (Andalusien Guadix, Baza,Granada, Almeria), Stadt Valencia und Umgebung, Provinz Alicante (Crevillente, Rojales), Aragonien (Saragossa, Tal des Jalón), Umgebung von Madrid, Kastilien (Albacete), Kanarische Inseln (Gran Canaria, z. B. Artenara, Anaga-Gebirge auf Teneriffa), Balearen Mallorca (SaCova bei Felanitx, Cala Figuera), Ibiza),
  • Italien (Matera, Sardinien /Sulki),
  • Griechenland (Insel Santorin),
  • Türkei (Kappadokien, Göreme), siehe auch Höhlenarchitektur in Kappadokien
  • Iran (Kandovan - کندوان),
  • Marokko und Libyen (Nalut - ‏نالوت‎) (Behausungen der Berber),
  • Tunesien (Matmata - مطماطة, Chenini - شنيني‎),
  • China (Lössplateau, Region Shanxi (Zhongyang - 中阳县),
  • Australien (Coober Pedy, White Cliffs)
  • USA (St. Louis)
  • Mexico (bei den Tarahumara).

[...]

In einigen Orten werden Wohnhöhlen auch an Touristen vermietet."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Wohnh%C3%B6hle . -- Zugriff am 2009-06-14]


Abb.: Wohnhöhlen, Kandovan - کندوان, Iran - ايران - ประเทศอิหร่าน
[Bildquelle: Stephan Klage / Wikipedia. -- Public domain]

4.4. Wärmedämmung - thermal insulation - สิ่งที่ใช้กันความร้อน


Abb.: Traditionelle Wärmeisolierung: Trullo in Alberobello, Apulien, Italien - ประเทศอิตาลี
[Bildquelle: rmx. -- http://www.flickr.com/photos/rmx/228662212/. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Typen von Trulli und Pagghiare in Apulien
[Bildquelle: J. E. Walkowitz / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

"Trullo (italienisch), Mehrzahl Trulli, ist eine Bezeichnung für die vor allem in Apulien vorkommenden Rundhäuser, deren Steindächer sich nach oben hin in Kragsteintechnik verjüngen und mit einem symbolischen Schlussstein, dem Zippus, oft aber auch mit einer Kugel oder einem anderen Symbol, abgeschlossen werden.

Trulli besitzen eine tholosartige Bauweise und werden ohne Mörtel errichtet. Die schuppenartigen dunklen Bruchsteindächer geben dem weiß getünchten Trullo, der ursprünglich in den Feldern und nicht im Ort stand, sein charakteristisches Aussehen.

Durch ihre Bauweise aus massivem Naturstein mit sehr dicken Wänden und winzigen Fenstern bieten die Trulli einen guten Schutz gegen die anhaltende Sommerhitze in Apulien, weil sich das Innere nur langsam aufheizt. Im Winter hingegen speichert ein Trullo für lange Zeit die Wärme, die durch einen offenen Kamin erzeugt wird.

Die bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts vergessenen ‚Arme-Leute-Häuser‘ erlebten seither eine Renaissance; einige werden mittlerweile auch als Ferienwohnungen angeboten. In Alberobello existiert ein weiträumiges geschlossenes Viertel, das gänzlich mit Trulli bebaut ist. Auch in den Nachbargemeinden der Region sind Trulli sehr verbreitet und werden, oft aneinander gereiht und miteinander verbunden, als Wohnhäuser genutzt.

In Apulien und auf Sizilien gibt es auf den Feldern rustikale Steinbauten ohne Spitzdach, man nennt sie Pagghiara (plur. Pagghiare).

Im 17. Jahrhundert begann man diese Häuser im Auftrag des Grafen Giangirolamo II. Acquaviva d'Aragona zu bauen. Da dieser keine Steuern an die Regierung zahlen wollte, forderte er von den Bauern, ihre Häuser ohne Zement und Mörtel zu bauen, sondern nur aus Stein. So konnten sie im Falle einer königlichen Inspektion die Steinhäuser ganz einfach abbauen und später leicht wiedererrichten."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Trullo. -- Zugriff am 2009-07-10]


Abb.: Isolation der Sonnenseite gegen Hitze (Sicht von Nordwest)
[Bildquelle: Jordan Brock. -- http://www.flickr.com/photos/mrsparkle/2894653066/. -- Zugriff am 2009-07-09. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"In hot conditions, the greatest source of heat energy is solar radiation. This can enter buildings directly through windows or it can heat the building shell to a higher temperature than the ambient, increasing the heat transfer through the building envelope. The Solar Heat Gain Co-efficient (SGHC) (a measure of solar heat transmittance) of standard single glazing can be around 78-85%. Solar gain can be reduced by adequate shading from the sun, light coloured roofing, spectrally selective (heat-reflective) paints and coatings and various types of insulation for the rest of the envelope. Specially coated glazing can reduce SHGC to around 10%. Radiant barriers are highly effective for attic spaces in hot climates . In this application, they are much more effective in hot climates than cold climates. For downward heat flow, convection is weak and radiation dominates heat transfer across an air space. Radiant barriers must face an adequate air-gap to be effective.

If refrigerative air-conditioning is employed in a hot, humid climate, then it is particularly important to seal the building envelope. Dehumidification of humid air infiltration can waste significant energy. On the other hand, some building designs are based on effective cross-ventilation instead of refrigerative air-conditioning to provide convective cooling from prevailing breezes."

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Building_insulation#Hot_climates . -- Zugriff am 2009-07-09]


Abb.: Wirkung von Wärmedämmfenstern auf die Kosten für Kühlung eines typischen Hauses in Phoenix, Arizona, USA
[Bildquelle: MIT OpenCourseWare. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3247916029/. -- Zugriff am 2009-09-01. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

4.5. Wärmesenke - heat-sink - ฮีตซิงก์

Eine Wärmesenke ist ein Gegenstand, der Wärme aufnimmt und abführt; sie ist also das Gegenteil einer Wärmequelle.

"Heat sinks function by efficiently transferring thermal energy ("heat") from an object at a relatively high temperature to a second object at a lower temperature with a much greater heat capacity. This rapid transfer of thermal energy quickly brings the first object into thermal equilibrium with the second, lowering the temperature of the first object, fulfilling the heat sink's role as a cooling device. Efficient function of a heat sink relies on rapid transfer of thermal energy from the first object to the heat sink, and the heat sink to the second object."

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_sink. -- Zugriff am 2009-09-10]

 


Abb.: Der Cliff Palace im Mesa Verde National Park, Colorado, USA nutzt den Felsen als Wärmesenke und Beschattung
[Bildquelle: Massimo Catarinella / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.:

"South Facade uses stone to absorb the direct sun, lowering the solar gain. At night the rocks give heat back into the house as air temperature outside drops. The house warms and cools itself naturally through this invisible system of energy exchange.

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Jeremy Levine Design"

[Bildquelle: Jeremy Levine Design. -- http://www.flickr.com/photos/jeremylevinedesign/2814821089/ . -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

4.6. Smart and Cool Homes System™: Wärmeisolation aus Porenbeton verbunden mit Wärmesenke aus Altreifen - AEC (aerated concrete) blocks with heat sink by used tyres


Abb.: Prinzip des Smart and Cool Homes System™
[Zeichnung: A. Payer]

Dieses System wurde von Lincoln Lee erfunden und patentiert. In Shah Alam, Malaysia wurden im Fundament eines Shopping Center 220,000 Altreifen als Wärmesenke errichtet.

5. Zweite Priorität: Passive Kühlung und Entfeuchtung - passive cooling and dehumidification - ทำให้เย็น และ ขจ้ดกวามชึ้น อย่างอดทน

5.1. Lüftung - ventilation - ถ่ายเทอากาศ


Abb.: Lüftung
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/21D00107-EDC5-433D-A340-E81342BF96B7/0/lec4.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]
 
Lüftungsarten
Verdrängungslüftung Verdünnungslüftung Kurzschlusslüftung

Bildquelle: Dieder / Wikipedia. Gemeinfrei

 

Quelle der Abb.: Regional guidelines for building passive energy conserving homes / by the AIA Research Corporation for the U.S. Dept. of Housing and Urban Development, Office of Policy Development and Research in Cooperation with U.S. Dept. of Energy. -- [Washington] : The Office : for sale by Supt. of Docs., U.S. Govt. Print. Off., 1978. -- 312 p. : ill. ; 22 x 28 cm. -- S. 150f.; 230f.]

 


Abb.: Unterlüftung durch Pfahlbau (stilt house - บ้านที่ตั้งบนเสา): Hồ Chí Minh's Haus, Hà Nội, Việt Nam - ประเทศเวียดนาม
[Bildquelle: el_floz. -- http://www.flickr.com/photos/el_floz/3084843269/. -- Zugriff am 2009-07-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Durchlüftung: Selbst gebautes Haus, Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: kkalyan. -- http://www.flickr.com/photos/kalyan/404269960/  -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Durchlüftung: Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: anuradhac. -- http://www.flickr.com/photos/anuradhac/290758800/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Durchlüftung: Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: anuradhac. -- http://www.flickr.com/photos/anuradhac/290758741/. -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Durchlüftung: Adventure Community, Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: Roshnii. -- http://www.flickr.com/photos/roshnii/120628819/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: Durchlüftung: Türe, Auroville - ஆரோவில், Tamil Nadu - தமிழ் நாடு, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: fyunkie. -- http://www.flickr.com/photos/fyunkie/943814753/ . -- Zugriff am 2009-06-10. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: Lüftung für ein Passivhaus in heißen Zonen
[Bildquelle: Wikipedia. Public domain]


Abb.: Lüftung und Beschattung durch mit Jalousien regulierbaren Wandöffnungen: Louis Kahn <1902 - 1974>: Indian Institute of Management, Ahmedabad - અમદાવાદ, Gujarat - ગુજરાત, Indien
[Bildquelle: rahulsheel. -- http://www.flickr.com/photos/rahulsheel/2536107038/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

5.2. Windfänger (Bādgir  = ‏بادگير‎) - windcatcher


Abb.: Funktionsweise eines Windturms in Verbindung mit Qanaten (‏قناة‎ = Frischwasserkanal) zur Kühlung
[Bildquelle: Wikipedia. Public domain]


Abb.: Windfänger (Bādgir  = ‏بادگير‎), Yazd = ‏يزد‎ , Iran - ايران - ประเทศอิหร่าน


Abb.: Windfänger für Hütte
[Bildquelle: Denise Chan / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Lüftung, Qatar University - جامعة قطر‎, Doha - الدوحة‎, Qatar - ‏قطر - ประเทศกาตาร์
[Bildquelle: fortes. -- http://www.flickr.com/photos/fortes/2199967281/ . -- Zugriff am 2009-06-17. -- Creative commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

"Ein Bādgir (persisch ‏بادگير‎, „Windfänger“), ist ein traditionelles persisches Architekturelement, welches seit Jahrhunderten für die Ventilation (Belüftung) von Gebäuden verwendet wird. Es ist nicht genau bekannt, wo ein Bādgir zum ersten mal zum Einsatz gekommen ist, aber sie werden auch heute noch sehr gerne in den verschiedensten Varianten genutzt. Ein Bādgir besitzt meist mindestens zwei vertikale Kanäle. Andere Windtürme wie der Malqaf (arab.) hingegen besitzen meist nur einen Kanal.

Der Bādgir ist ein massiv gebauter Turm, der von den untersten Räumen eines Gebäudes bis über das Dach hinausreicht. Er ist unterteilt, meist in vier vertikal geführte Lüftungskanäle die oben in alle vier Himmelsrichtungen geöffnet sind und zur Steuerung einzeln verschlossen werden können. Der Bādgir kann je nach seiner Ausführung und Einbindung ins Gebäude, dem Standort und vor allem der augenblicklichen klimatischen Situation unterschiedlich wirken und kann mit anderen Einrichtungen kombiniert werden.

Die Höhe des Turms ermöglicht einen auf Wärmeströmung beruhenden Kamineffekt, das Zuführen frischerer Luft und das ungehinderte Wirken des Windes. In eng bebauten Siedlungen eröffnen sich zusätzliche Freiheiten, weil die Gebäudeausrichtungen unabhängig von einer Hauptwindrichtung an der Sonne orientiert werden können um starke Einstrahlungen in die Fenster zu vermeiden. Nachdem zunehmend elektromechanische Ventilatoren und Klimaanlagen eingesetzt werden, treten Badgire im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit wieder mehr ins Blickfeld.

Grundfunktionen

Herrschen im Gebäude höhere Temperaturen als außerhalb und weht kein Wind, wirkt der Kamineffekt. Dies kann besonders nachts vorkommen. Die kalte Nachtluft strömt durch Gebäude und Bādgir und kühlt die als Wärmepuffer wirkenden Wände. Die erwärmte Luft steigt im Bādgir auf und entweicht. Weht hingegen ein Wind, so kehrt sich die Strömung um. Der Staudruck auf der der Windrichtung zugewandten Seite (Luv) drückt die kalte Luft durch den Bādgir, der dabei gekühlt wird, was aber nicht zu einer deutlichen Erwärmung der Luft führt. Die warme Luft strömt entsprechend den Druckverhältnissen meist aus verschiedenen Öffnungen. Sobald auch die hinausströmende Luft kühler als die Wände wird, kühlt sie auch alle umströmten Flächen, so auch den Kanal im Bādgir der auf der windabgewandten Seite (Lee) öffnet. Zusätzlich strahlen nachts die Wände von Turm und Gebäude, insbesondere des Daches Wärme ab, der Himmel ist meist sehr klar.

Steigt bei Windstille die Umgebungstemperatur über die Innenraumtemperatur, fällt die Luft im Bādgir abwärts, es tritt ein umgekehrter Kamineffekt ein. Die Luft kühlt an den nachts abgekühlten Turminnenwänden ab und belüftet den Innenraum. Durch weitgehendes Schließen der Öffnungen kann die Strömung verlangsamt werden, um die „gespeicherte Kühle“ besser auszunutzen, also um die Turmwände nicht vorzeitig aufzuheizen und die dem Temperaturunterschied entsprechende Wärmekapazität durch Einspeichern von Wärme auszuschöpfen. Oft ist es im Gebäude ohnehin noch recht kühl und nur Kohlenstoffdioxid und andere Stoffe sollen durch die Tür oder andere tiefgelegene Öffnungen abgeführt werden. Steigt die Temperatur der Wände über die Lufttemperatur, kehrt sich der Luftstrom um und der Turm wirkt als Kamin mit aufsteigender Strömung. Kommt hingegen in dieser Situation Wind auf, so fließt die Luft entgegen dem Kamineffekt durch Staudruckeffekt und Druckdifferenz zwischen Luv und Lee den Turm hinab, durch den gegenüberliegenden Kanal wieder hinauf und aus der an Lee liegenden Öffnung hinaus. Über die Öffnungen zu den Räumen findet ein Luftaustausch statt und es wird Bewegung in die Raumluft gebracht. Abhängig von Gestaltung und Situation kann in einem Raum Luft zum Fenster hinausströmen oder hereinströmen. Liegt der statische Druck in der strömenden Luft in Folge des Bernoulli-Effekts unter dem natürlichen Luftdruck, kann die unter natürlichem Luftdruck stehende Raumluft in den Bādgir einströmen. Sie wird über den Kanal (Lee) abgeführt. Diese Vorgänge ermöglichen eine Annäherung der Raumtemperatur an die nächtlichen Außenlufttemperaturen.

Nutzung von Verdunstungskälte

Neben dem Luftaustausch bewirkt der Luftstrom im Bādgir auch eine Zirkulation der Luft innerhalb des Gebäudes. Dies kühlt durch Transpirationsunterstützung auch die Haut der Nutzer und die Luft die über Pflanzen streicht. Wird eine Luftströmung durch Gestaltung von Bādgir und Räumen über eine Wasserfläche oder feuchte Flächen geführt, tritt durch Evaporation mit der Verdunstungskälte eine zusätzliche Abkühlung auf. Dies kann direkt geschehen, wenn die befeuchtete abgekühlte Luft in die Räume gelangt beziehungsweise dort bleibt oder indirekt, wenn diese Luft die Wände des Bādgir abkühlt. Diese können in späteren Situationen von der dann in anderer Richtung zuströmenden Luft Wärme aufnehmen und sie so kühlen. Oft sind Wasserbecken oder Springbrunnen im Luftzustrom angeordnet.

Die Länge der Kanäle, und damit die Wärmekapazität und die Wassermenge, die zur Verdunstung und Kühlung, bereit steht, kann unter anderem durch einen im Erdreich liegenden Lüftungskanal erhöht werden. Der Bādgir steht dann mit etwas Abstand zum Gebäude. Die Kühlwirkung kann durch Bepflanzung und Bewässerung des Bodens über dem Bādgir gefördert werden, da das Wasser dann im Kanal verdunstet. Dies funktioniert nur, wenn ein Einströmen vom Bādgir zum Gebäude erreicht wird.

Der Bādgir kann auch mit anderen Anlagen zusammenarbeiten. Wird der Luftstrom über die Öffnung eines Schachts geführt, der eine Verbindung zu einem unter dem Gebäude liegenden Qanat darstellt, steigt die im Qanat über das Wasser gestrichene und so abgekühlte Luft aus dem Schacht in die Räume. Dies geschieht, weil die strömende Luft einen niedrigeren statischen Drucks ausübt, als der natürliche Luftdruck am Ort anderer Schächte des Qanats, wenn dort keine oder geringere Strömung, also wenig Wind unmittelbar am Boden stattfindet. Auch andere oben genannte Situationen können schon zu einem Luftzug aus dem Qanat ins Gebäude führen.

Die Windfänger werden auch für Kühlräume (Yakhchāl) und Wasserreservoire (Âb Anbārs) eingesetzt und sind in der Lage mit Hilfe der Verdunstungskälte das gespeicherte Wasser im Sommer über Monate auf eine Temperatur nahe dem Gefrierpunkt zu kühlen. Am höchsten Punkt des Kuppeldaches dieses Raums befindet sich eine Öffnung. Dort ist die Windgeschwindigkeit entsprechend dem Venturi-Effekt am größten, entsprechend dem Bernoulli-Effekt herrscht ein geringerer Druck. Ein oder oft vier Badgire führen der Zisterne Luft zu. Die Luft streicht über das Wasser, die obere Warme Wasserschicht verdunstet, die Verdunstungskälte kühlt das Wasser und die feuchte warme Luft entweicht durch die druckarme obere Öffnung."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Badgir . -- Zugriff am 2009-06-17]

5.3. Flügelwände - wing walls

Flügelwände können Wind in Richtung Gebäudeöffnungen umlenken und so die Durchlüftung verbessern.


Abb.: Flügelwand zur Windumlenkung: Ken Yeang <1948 - >: UMNO (United Malays National Organisation) Tower, Penang, Malaysia
[Bildquelle: Rescue Dog. -- http://www.flickr.com/photos/rescuedog/493566891/. -- Zugriff am 2009-08-31. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

5.4. Nachtkühlung - night ventilation

Abb.: Kamine, die hauptsächlich der Nachtkühlung dienen: Pearce Partnership und Ove Arup Ingeneers: Eastgate Centre, Harare Simbabwe
[Bildquelle: Howcheng / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

"Bei der Nachtkühlung wird in den Sommermonaten die Kälte der Nachtluft ins Gebäude geleitet und dort im Baukörper gespeichert, um am Folgetag ein angenehmes, zuträgliches Raumklima zu erreichen. Ziel ist es, nachts den täglichen Wärmeeintrag ins Gebäude zu kompensieren. Die Nachttemperaturen liegen in Mitteleuropa zumeist für 5 Stunden unter 21°C.

Nachtkälte ist eine erneuerbare Energie, da zur Kälteerzeugung nur das Zusammenspiel von Sonnenstrahlung, Luft und Wasser als unerschöpfliche, natürliche Quellen genutzt wird, siehe auch nächtliche Abkühlung.

Aktive / passive Nachtkühlung

Es wird zwischen aktiver und passiver Nachtkühlung unterschieden. Bei der aktiven Nachtkühlung erfolgt der Kältetransport mit mechanischer Unterstützung (Ventilatoren, Pumpen) und bei der passiven Nachtkühlung durch freie Lüftung (Thermik, Durchzug/Querlüftung).

Die passive Nachtkühlung ist luftgebunden und immer von der Wetterlage und dem Wind abhängig. Aufgrund der Komforteinbußen hinsichtlich der Temperatur und Durchzug bietet sich die passive Nachtkühlung für von Mitternacht bis Sonnenaufgang leerstehende Gebäude (Bürogebäude, Lagerhallen, etc.) an.

Um diese Probleme zu umgehen kommt die aktive Nachtkühlung zum Einsatz. Im einfachsten Fall wird die vorhandene Klimaanlage zu Nachtkühlzwecken im Lüftungsbetrieb – ggf. auch mit Zulufttemperatur-Minimalbegrenzung – meist mit verminderter Luftmenge betrieben. Zur Verstärkung der Kühlleistung kann auch zusätzlich eine adiabate Kühlung eingebunden werden.

Effizienter ist die aktive Nachtkühlung von multifunktionalen Wärmerückgewinnungssystemen (GSWT), bei der neben der Nachtkälte auch noch zusätzlich deren Verdunstungskälte genutzt wird. Dazu wird die adiabate Kühlung nicht mit Abluft, sondern mit Außenluft betrieben. Die Nachttemperatur fällt dadurch unter rund 17°C und die Dauer der Nachtkühlung wird erhöht. Zur Einsparung des energieaufwendigen Lufttransports wird die Kälte auf eine Flüssigkeit übertragen und zur direkten Bauteilkühlung (auch Kühldecken, etc.) verwendet. Auch besteht die Möglichkeit das kalte Wasser zusätzlich in Puffer zu speichern und erst bei tatsächlichem Kühlbedarf wieder zu entladen. Dies ermöglicht erst eine effektive Nachtkühlung, sofern der Baukörper nicht über ausreichende Speichermassen verfügt und spart zudem Heizenergie, wenn der Folgetag entgegen der ursprünglichen Annahme nicht sommerlich wird.

 

Nachtkühlung

1. Passive Nachtkühlung mit Thermik

2. Passive Nachtkühlung mit Durchzug

3. Aktive Nachtkühlung mit Lüftung

  

4. Aktive Nachtkühlung zur Bauteilkühlung mit multifunktionaler Wärmerückgewinnung
Bildquellen:

Bild 1 - 3: Dieder / Wikipedia. -- Public domain
Bild 4: SEW-GmbH, 47906 Kempen - Germany / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

 

Literatur
  • Dieter Thiel: Möglichkeiten und Grenzen der natürlichen Nachtkühlung als Mittel zur Kühlung bei der Klimatisierung von Bürogebäuden, Düsseldorf, 1991, ISBN 3-18-145419-2"

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Nachtk%C3%BChlung . -- Zugriff am 2009-06-17]

Voraussetzung für Nachtkühlung sind entsprechende Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht in den heißen Monaten:


Abb.: Das Klima von München ist geeignet für Nachtkühlung
[Bildquelle: Chrisoph Reinhart. -- MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-493January--IAP--2006/2B2CF194-4D3D-40C3-B63D-42C537EC9162/0/module09_ecotect.pdf. -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Nachtkühlung erfordert auch große Raten der Ersetzung der Raumluft, d.h. entweder eine starke natürliche Ventilation oder durch Ventilatoren verstärkte Durchlüftung (dann ist es  keine rein passive Maßnahme und der Energieverbrauch muss gegenüber anderen Methoden verglichen werden).

5.5. Solarkamin - solar chimney

"A solar chimney — often referred to as a thermal chimney — is a way of improving the natural ventilation of buildings by using convection of air heated by passive solar energy. A simple description of a solar chimney is that of a vertical shaft utilizing solar energy to enhance the natural stack ventilation through a building.

The solar chimney has been in use for centuries, particularly in the Middle east, as well as by the Romans.

Description

In its simplest form, the solar chimney consists of a black-painted chimney. During the day solar energy heats the chimney and the air within it, creating an updraft of air in the chimney. The suction created at the chimney's base can be used to ventilate and cool the building below.[1] In most parts of the world it is easier to harness wind power for such ventilation as is done with a Badgir (بادگیر), but on hot windless days a Solar chimney can provide ventilation where otherwise there would be none.

There are however a number of solar chimney variations. The basic design elements of a solar chimney are:

  • The solar collector area: This can be located in the top part of the chimney or can include the entire shaft. The orientation, type of glazing, insulation and thermal properties of this element are crucial for harnessing, retaining and utilizing solar gains
  • The main ventilation shaft: The location, height, cross section and the thermal properties of this structure are also very important.
  • The inlet and outlet air apertures: The sizes, location as well as aerodynamic aspects of these elements are also significant.

A principle has been proposed for solar power generation, using a large greenhouse at the base rather than relying solely on heating the chimney itself. (For further information on this issue, see Solar updraft tower.)

Solar chimneys are painted black so that they absorb the sun's heat more easily and efficiently. When the air inside the chimney is heated, it rises and pulls cold air out from under the ground via the heat exchange tubes.

Solar chimney and sustainable architecture


Abb.: This solar chimney draws air through a geothermal heat exchange to provide passive home cooling.
[Bildquelle: Wikipedia. Public domain]

Air conditioning and mechanical ventilation have been for decades the standard method of environmental control in many building types especially offices. Pollution and reallocating energy supplies have led to a new environmental approach in building design. Innovative technologies along with bioclimatic principles and traditional design strategies are often combined to create new and potentially successful design solutions. The solar chimney is one of these concepts currently explored by scientists as well as designers, mostly through research and experimentation.

A Solar chimney can serve many purposes. Direct gain warms air inside the chimney causing it to rise out the top and drawing air in from the bottom. This drawing of air can be used to ventilate a home or office, to draw air through a geothermal heat exchange, or to ventilate only a specific area such as a composting toilet.

Natural ventilation can be created by providing vents in the upper level of a building to allow warm air to rise by convection and escape to the outside. At the same time cooler air can be drawn in through vents at the lower level. Trees may be planted on that side of the building to provide shade for cooler outside air.

This natural ventilation process can be augmented by a solar chimney. The chimney has to be higher than the roof level, and has to be constructed on the wall facing the direction of the sun. Absorption of heat from the sun can be increased by using a glazed surface on the side facing the sun. Heat absorbing material can be used on the opposing side. The size of the heat-absorbing surface is more important than the diameter of the chimney. A large surface area allows for more effective heat exchange with the air necessary for heating by solar radiation. Heating of the air within the chimney will enhance convection, and hence airflow through the chimney. Openings of the vents in the chimney should face away from the direction of the prevailing wind.

To further maximize the cooling effect, the incoming air may be led through underground ducts before it is allowed to enter the building. The solar chimney can be improved by integrating it with a trombe wall. The added advantage of this design is that the system may be reversed during the cold season, providing solar heating instead.

A variation of the solar chimney concept is the solar attic. In a hot sunny climate the attic space is often blazingly hot in the summer. In a conventional building this presents a problem as it leads to the need for increased air conditioning. By integrating the attic space with a solar chimney, the hot air in the attic can be put to work. It can help the convection in the chimney, improving ventilation.[3]

The use of a solar chimney may benefit natural ventilation and passive cooling strategies of buildings thus help reduce energy use, CO2 emissions and pollution in general. Potential benefits regarding natural ventilation and use of solar chimneys are:

  • Improved ventilation rates on still, hot days
  • Reduced reliance on wind and wind driven ventilation
  • Improved control of air flow though a building
  • Greater choice of air intake (i.e. leeward side of building)
  • Improved air quality and reduced noise levels in urban areas
  • Increased night time ventilation rates
  • Allow ventilation of narrow, small spaces with minimal exposure to external elements

Potential benefits regarding passive cooling may include:

  • Improved passive cooling during warm season (mostly on still, hot days)
  • Improved night cooling rates
  • Enhanced performance of thermal mass (cooling, cool storage)
  • Improved thermal comfort (improved air flow control, reduced draughts) ==
Precedent Study: The Environmental Building

The Building Research Establishment (BRE) office building in Garston, incorporates solar assisted passive ventilation stacks as part of its ventilation strategy.

Designed by architects Feilden Clegg Bradley, the BRE offices aim to reduce energy consumption and CO2 emissions by 30% from current best practice guidelines and sustain comfortable environmental conditions without the use of air conditioning. The passive ventilation stacks, solar shading, and hollow concrete slabs with embedded under floor cooling are key features of this building. Ventilation and heating systems are controlled by the building management system (BMS) while a degree of user override is provided to adjust conditions to occupants' needs.

The building utilizes five vertical shafts as an integral part of the ventilation and cooling strategy. The main components of theses stacks are a south facing glass-block wall, thermal mass walls and stainless steel round exhausts rising a few meters above roof level. The chimneys are connected to the curved hollow concrete floor slabs which are cooled via night ventilation. Pipes embedded in the floor can provide additional cooling utilizing groundwater.

On warm windy days air is drawn in through passages in the curved hollow concrete floor slabs. Stack ventilation naturally rising out through the stainless steel chimneys enhances the air flow through the building. The movement of air across the chimney tops enhances the stack effect. During warm, still days, the building relies mostly on the stack effect while air is taken from the shady north side of the building. Low-energy fans in the tops of the stacks can also be used to improve airflow.

Overnight, control systems enable ventilation paths through the hollow concrete slab removing the heat stored during the day and storing coolth for the following day. The exposed curved ceiling gives more surface area than a flat ceiling would, acting as a cool ‘radiator’, again providing summer cooling. Research based on actual performance measurements of the passive stacks found that they enhanced the cooling ventilation of the space during warm and still days and may also have the potential to assist night-time cooling due to their thermally massive structure.

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_chimney. -- Zugriff am 2009-08-21]

5.6. Passive down-draft cooltower



Abb.: Abb.: Zion National Park Visitor Center, USA
[Bildquelle: Marilyne Andersen, MIT OpenCourseWare. -- http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Architecture/4-401Spring-2006/21D00107-EDC5-433D-A340-E81342BF96B7/0/lec4.pdf . -- Zugriff am 2009-07-11. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Passive down-draft cooltower

 
Abb.: Cool tower at Zion National Park's Visitor Center provides cool air.
[Bildquelle: http://www.nrel.gov/docs/fy02osti/32157.pdf . -- Zugriff am 2009-06-22. -- Public domain]

A technology closely related to the solar chimney is the evaporative down-draft cooltower. In areas with a hot, arid climate this approach may contribute to a sustainable way to provide air conditioning for buildings.

Evaporation of moisture from the pads on top of the Toguna buildings built by the Dogon people of Mali, Africa contribute to the coolness felt by the men who rest underneath. The women's buildings on the outskirts of town are functional as more conventional solar chimneys.

The principle is to allow water to evaporate at the top of a tower, either by using evaporative cooling pads or by spraying water. Evaporation cools the incoming air, causing a downdraft of cool air that will bring down the temperature inside the building.[5] Airflow can be increased by using a solar chimney on the opposite side of the building to help in venting hot air to the outside.[6] This concept has been used for the Visitor Center of Zion National Park. The Visitor Center was designed by the High Performance Buildings Research of the National Renewable Energy Laboratory (NREL)."

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_chimney. -- Zugriff am 2009-08-21]

5.7. Wasserflächen - water edges - ห้วง 


Abb.: Kühlung durch über Wasserflächen gekühlte Luft: Fariborz Sahba <1948 - > (فريبرز صهبا): Bahá'í House of Worship (Lotus Temple) - बहाई उपासना मंदिर (कमल मंदिर ); Delhi - दिल्ली, Indien
[Bildquelle: Marqus / Wikipedia. -- Public domain]

5.8. Geothermischer Teich - geothermal lake


Abb.: Prinzip der Kühlung (Heizung) durch einen Teich
[Bildquelle: http://www.energysavers.gov/your_home/space_heating_cooling/index.cfm/mytopic=12650 . -- Zugriff am 2009-06-23. -- Public domain]

5.9. Fernkühlung (district cooling) mit Seewasser oder Meerwasser - deep lake water cooling / ocean water cooling

"Deep lake water cooling uses cold water pumped from the bottom of a lake as a heat sink for climate control systems. Because heat pump efficiency improves as the heat sink gets colder, deep lake water cooling can reduce the electrical demands of large cooling systems where it is available. It is similar in concept to modern geothermal sinks, but generally simpler to construct given a suitable water source.Basic concept

Water is most dense at 3.98 °C (39.16 °F) at standard atmospheric pressure. Thus as water cools below 3.98 °C it decreases in density and will rise, the most obvious example being that ice floats. As the temperature climbs above 3.98 °C, water density also decreases and causes the water to rise, which is why lakes are warmer on the surface during the summer. The combination of these two effects means that the bottom of most deep bodies of water located well away from the equatorial regions is at a constant 3.98 °C.

Air conditioners are heat pumps. During the summer, when outside air temperatures are higher than the temperature inside a building, air conditioners use electricity to transfer heat from the cooler interior of the building to the warmer exterior ambient. This process uses electrical energy.

Unlike residential air conditioners, most modern commercial air conditioning systems do not transfer heat directly into the exterior air. The thermodynamic efficiency of the overall system can be improved by utilizing evaporative cooling, where the temperature of the cooling water is lowered close to the wet-bulb temperature by evaporation in a cooling tower. This cooled water then acts as the heat sink for the heat pump.

Deep lake water cooling allows an even higher thermodynamic efficiency by utilizing the deep lake water, which is at a lower heat rejection temperature than the ambient wet bulb temperature. The higher efficiency results in less electricity used. For many buildings, the lake water is sufficiently cold that the refrigeration portion of the air conditioning systems can be shut down during some environmental conditions and the building interior heat can be transferred directly to the lake water heat sink. This is referred to as "free cooling", but is not actually free, since pumps and fans run to circulate the lake water and building air.

One added attraction of deep lake water cooling is that it saves energy during peak load times, such as summer afternoons, when a sizable amount of the total electrical grid load is air conditioning.

First major system in the United States

Cornell University's Lake Source Cooling System uses Cayuga Lake as a heat sink to operate the central chilled water system for its campus and to also provide cooling to the Ithaca City School District. The system has operated since the summer of 2000 and was built at a cost of $55–60 million. It cools a 14,500 ton (51 megawatt) load.

Lake water enters the system via a screened intake structure 10,400 feet (3,200 m) away in 250 feet (76 m) of water. The intake pipeline is 63-inch (1.6 m) High Density Polyethylene (HDPE) that was deployed from the surface using a "controlled" sink process where water was pumped in at the shallow end and air was released at the other end. A series of stiffener rings and concrete collars keep the pipeline on the lake floor and protect it from mechanical forces. The outfall is 48-inch (1,200 mm) HDPE and is approximately 750 feet (230 m) long. The last 100 feet (30 m) of the outfall has 38 six-inch (152 mm) nozzles, about 1-foot (0.30 m) above the bottom of the lake floor in 14 feet (4.3 m) of water, pointed up at a 20 degree angle and pointed north only. This helps promote mixing of the return water into the receiving water. The water cools a heat-exchanger which is connected to a closed-loop campus chilled water distribution system linked to many buildings on the main campus.

First system in Canada

Since August 2004, a deep lake water cooling system has been operated by the Enwave Energy Corporation in Toronto, Ontario.[1] It draws water from Lake Ontario through tubes extending 5 kilometres (3.1 mi) into the lake, reaching to a depth of 83 metres (270 ft). The deep lake water cooling system is part of an integrated district cooling system that covers Toronto's financial district, and has a cooling power of 59,000 tons (207 MW). The system currently has enough capacity to cool 3,200,000 square metres (34,400,000 sq ft) of office space.[2]

The cold water drawn from Lake Ontario's deep layer in the Enwave system is not returned directly to the lake, once it has been run through the heat exchange system. The Enwave system only uses water that is destined to meet the city's domestic water needs. Therefore, the Enwave system does not pollute the lake with a plume of waste heat.

Ocean water cooling

The InterContinental Resort and Thalasso-Spa on the island of Bora Bora uses a cold seawater system to air-condition its buildings.[11] The system accomplishes this by passing cold seawater through a heat exchanger where it cools freshwater in a closed loop system. This cool freshwater is then pumped to buildings and is used for cooling directly (no conversion to electricity takes place)."

[Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_lake_water_cooling . -- Zugriff am 2009-06-16]

5.10. Shower Tower


Abb.: Shower tower, Council House 2, Melbourne, Australien - ประเทศออสเตรเลีย
[Bildquelle: its_daniel. -- http://www.flickr.com/photos/its_daniel/648770277/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Im Coucil House 2, Melbourne, Australien hat man shower towers in das Kühlsystem integriert: in fünf leichtgewichtigen Röhren (13 m hoch, 1,4 m Durchmesser) wird von einer Dusche an der Spitze Wasser herabgespritzt. Dadurch kühlt das Wasser durch Verdunstungswärme ab. Die abgekühlte Luft wird in das Erdgeschoß eingespeist zur Kühlung der dortigen Geschäfte usw. Das gekühlte Wasser wird dem übrigen durch chilled ceiling panels gekühlten Kühlwasser unterstützend beigemengt. [Ausführliche Darstellung des ganzen Kühlsystems: http://www.melbourne.vic.gov.au/info.cfm?top=171&pa=4112&pa2=4091&pg=4072 . -- Zugriff am 2009-06-24]

5.11. Verdunstungskühlung - evaporative cooling

[Quelle der Abb.: Regional guidelines for building passive energy conserving homes / by the AIA Research Corporation for the U.S. Dept. of Housing and Urban Development, Office of Policy Development and Research in Cooperation with U.S. Dept. of Energy. -- [Washington] : The Office : for sale by Supt. of Docs., U.S. Govt. Print. Off., 1978. -- 312 p. : ill. ; 22 x 28 cm.  -- S. 185


Abb.:

"Passive Climate Control (Passive Cooling)

This “Rain Window” is both an aesthetic water feature and a passive cooling system. fed by rainwater from the cistern. The evaporation and condensation of the falling water cools the adjacent spaces.

The Rain Window frames a ‘shade garden’ tucked underneath the exterior stairs.

At night, the water is backlit, which doubles the illumination intensity creating an efficient and moody light source."

[Bildquelle: Jeremy Levine Design. -- http://www.flickr.com/photos/jeremylevinedesign/2815653912/  -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.:

"Passive Evaporative Cooling - a 'rain window' fed by the storm water collection system cools the air downstairs through the evaporation of the falling water that recirculates in a fountain.

Project Name: Levine Residence
Project Type: Addition and remodel to a house
Location: Los Angeles, California, USA
Status: Completed 2008
Designer: Jeremy Levine Design"

[Bildquelle: Jeremy Levine Design. -- http://www.flickr.com/photos/jeremylevinedesign/3127284928/ . -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

5.11.1. Salsabil - سلسبيل


Abb.: Salsabil - سلسبيل, La Zisa Palast,  Palermo, Sizilien, Italien
[Bildquelle: mitopencourseware. -- http://www.flickr.com/photos/mitopencourseware/3102961566/. -- Zugriff am 2009-06-15. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

Bei einem Salsabil - سلسبيل lässt man über eine schräge geriffelte Platte Wasser rieseln. Durch die Plattenoberfläche geförderte Verdunstung des Wassers kühlt die Luft.

6. Dritte Priorität: "Mechanische" Kühlung und Entfeuchtung - mechanical cooling and dehumidification

6.1. Ventilator - fan - พัดลม


Abb.: Pankah (पांखा), Natchetz, Mississippi, USA, 19. Jhdt.
[Bildquelle: Wikipedia. Public domain]

"Pānkhā (hindostani पांखा), auch Punkah, bezeichnet einen Fächerwedel. Ursprünglich war ein Pankha ein transportabler Fächer, der aus einem Palmyra- oder Borassus-Palmblatt hergestellt wurde. Diese Bezeichnung hat sich im Laufe der Zeit im anglo-indischen Wortgebrauch (daher auch die Schreibweise Punkah) als Name für einen (Decken-) Schwingfächer durchgesetzt. Dieser war an der Decke befestigt und wurde von einem Diener (Kuli) manuell in Schwingungen versetzt. Die Araber kannten diese Art der Luftfächelung schon seit dem 8. Jahrhundert. Durchgesetzt hat sich diese Version des Ventilators in Indien während der Kolonialzeit gegen Ende des 18. Jahrhunderts. Ende des 19. Jahrhunderts wurden der/die Fächer durch Elektromotoren angetrieben und fanden sich sowohl in Fabriken und Baracken der amerikanischen Südstaaten wie auch (gleichwohl prächtiger) in den Salons der Herrenhäuser. Die im 20. Jahrhundert aufgekommenen, billiger zu produzierenden und wartungsärmeren axialen Deckenventilatoren ersetzten im Laufe der Zeit die meisten Pankhas."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Pankha . -- Zugriff am 2009-06-17]


Abb.: Deckenventilatoren (Pankha =  पांखा), Raffles Hotel, Singapur - ประเทศสิงคโปร์
[Bildquelle: davethelimey. -- http://www.flickr.com/photos/potunkey/2513177889/ . -- Zugriff am 2009-06-17. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Ventilatoren mit Sprüheinrichtung (misting fan): Kühlen durch Verdunstungswärme
[Bildquelle: Namazu-tron / Wikipedia. -- GNU FDLicense]


Außenventilatoren mit Sprüheinrichtung, Robinson Shopping Center, Bangkok - กรุงเทพฯ , Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: UweBKK. -- http://www.flickr.com/photos/uwebkk/3467685947/ . -- Zugriff am 2009-06-17. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

6.1.1. "Ventilatortod" - fan death - 선풍기 사망 사고

"Der Ventilatortod [선풍기 사망 사고]  ist ein in Südkorea verbreiteter Aberglaube. Er sagt aus, dass man durch einen über Nacht in einem geschlossenen Raum laufenden Ventilator sterben kann (durch Erstickung, Vergiftung oder Hypothermie), wenn man sich in diesem Raum befindet. Zum Teil wird dieser Aberglaube auf Klimaanlagen ausgedehnt. Ventilatoren, die in Korea hergestellt und vertrieben werden, sind mit einem Zeitschalter ausgestattet, der sie nach einer bestimmten Zeit abschaltet. Nutzern wird empfohlen, diesen Schalter zu benutzen, wenn sie schlafen gehen, während der Ventilator läuft.

Vorgebliche Begründungen

Vertreter des Glaubens an den Ventilatorentod-Mythos bieten verschiedene Erklärungsansätze an, wie ein Ventilator tötet. Diese Erklärungen sind jedoch unlogisch und wissenschaftlich nicht haltbar. Nachfolgend werden typische Erklärungsversuche angeführt:

  • Ein Ventilator erzeugt einen Wirbel, der die Luft im geschlossenen Raum ansaugt und so unter dem Ventilator ein partielles Vakuum erzeugt. Tatsächlich variiert der Luftdruck an jedem Punkt des Raumes weniger als während eines Sturms.
  • Ein Ventilator verbraucht den Sauerstoff in einem Raum und verursacht dadurch einen tödlichen CO2-Anteil. Tatsächlich wird keine Veränderung der Raumluft durch den Ventilator verursacht (außer möglichem chemischem Ausgasen des Ventilator-Materials oder eventueller Ozonerzeugung).
  • Wird der Ventilator direkt vor das Gesicht der schlafenden Person gestellt, so saugt er die gesamte Luft weg und verhindert so das Atmen.
  • Ventilatoren verursachen Hypothermie bzw. eine außergewöhnlich niedrige Körpertemperatur[1] Wenn der Metabolismus nachts zur Ruhe kommt, wird er empfindlicher gegenüber der Raumtemperatur. Dadurch wird er anfälliger für Hypothermie. Tatsächlich zeigen empirische Messungen, dass ein Ventilator die Raumtemperatur nicht signifikant beeinflussen und der empfundene Kühlungseffekt fast ausschließlich durch den Luftstrom, der den Körper umgibt, verursacht wird, da dadurch die Körperwärme leichter auf die Luft übergeht und die Verdunstungskälte des Schweißes besser zum Zuge kommt. Außerdem entsteht Hypothermie nur, wenn die Innentemperatur des Körpers unter das Normalmaß sinkt. Das passiert jedoch nicht durch einfaches Hautkühlen.
  • Ventilatoren verursachen Hyperthermie (Hitzschlag)[2].
  • Ventilatoren führen zu verlängertem Atemstillstand durch Sauerstoffverschiebung oder CO2-Anreicherung in der Umgebungsluft[2][1][3][4].
Regierungsposition Südkoreas

Das Korea Consumer Protection Board (KCPB), eine staatliche Stelle Südkoreas, gab 2006 eine Konsumentenwarnung aus, der zufolge „Atemstillstand durch elektrische Ventilatoren und Klimaanlagen“ den gesammelten Daten nach unter Südkoreas fünf gewöhnlichsten Sommerunfällen und -verletzungen sei[5]. Weiterhin fanden sich unter diesen fünf Gefährdungen Klimaanlagenexplosionen und Hygieneprobleme, die zu Lebensmittelvergiftungen führten, sowie opportunistische Erreger, die in Klimaanlagen nisteten.

Das KCPB schrieb

„Wenn Körper elektrischen Ventilatoren oder Klimaanlagen zu lang ausgesetzt sind, verursacht dies Wasserverlust und Hypothermie. In direktem Kontakt mit dem Luftstrom eines Ventilators kann dies zum Tod durch den Kohlenstoffdioxidanstieg und die Sauerstoffreduktion führen. Die Risiken sind für ältere und kranke Menschen mit Atemwegsproblemen höher. Im Zeitraum von 2003 bis 2005 sind 20 Fälle bekannt, bei denen Atemnot, die durch beim Schlafen laufende elektrische Ventilatoren und Klimaanlagen verursacht wurde, eine Rolle spielte. Um Atemnot vorzubeugen, sollten Zeitschalter verwendet, die Windrichtung variiert und Türen offen gelassen werden.“
Vorkommen in den Medien

Die Erklärungen, wie es zum Ventilatortod kommt, sind von vielen koreanischen Medizinern akzeptiert. Im Sommer werden in den Nachrichten Südkoreas regelmäßig Todesfälle durch Ventilatoren gemeldet.

Nachdem gegenüber Bewohnern Südkoreas klargestellt wurde, dass das Phänomen außerhalb Südkoreas so gut wie unbekannt ist, wurde einer Kolumne in der Zeitung „Chicago Reader“ zufolge entgegnet, dass „Koreaner aufgrund entweder ihrer Physiologie oder der koreanischen Ventilatoren wegen einzig anfällig seien“."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Ventilatortod . -- Zugriff am 2009-06-17]

6.2. Klimaanlagen - air conditioning systems - เครื่องแอร์

Zur Technik siehe:

Payer, Alois <1944 - >:  Raumlufttechnik (RLT).  -- 2. Grundlagen. -- (Architektur für die Tropen). -- URL: http://www.payer.de/tropenarchitektur/troparch012.htm


Abb.: Provisorische Klimaanlage an Hundstagen, Köln, Deutschland
[Bild: A. Payer, 2009]

"Eine Klimaanlage ist eine Anlage zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas. Der Begriff Klimaanlage wird in Deutschland in dem Sinne verwendet, dass in einem Raum Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität erzeugt und gehalten werden kann. Im Gegensatz dazu wird im Ausland oft unter Klimaanlage lediglich eine Raumkühlung (air conditioning) verstanden. [...]Einteilung

Eine Klimaanlage hat die Aufgabe mit Hilfe der Zuluft und der Luftführung einen Raum zu konditionieren. Die Einteilung erfolgt nach den geregelten thermodynamischen Funktionen für die Zuluft.


Einteilung von Klimaanlagen nach DIN EN 13779

Kategorie geregelte Funktionen Anlagenbezeichnung
Lüftung Heizung Kühlung Befeuchtung Entfeuchtung
THM-C0 X         Einfache Lüftungsanlage
THM-C1 X X       Lüftungsanlage mit Heizfunktion bzw. Luftheizungsanlage
THM-C2 X X   X   Teilklimaanlage mit Befeuchtungsfunktion
THM-C3 X X X   (x) Teilklimaanlage mit Kühlfunktion
THM-C4 X X X X (x) Teilklimaanlage mit Kühl- und Befeuchtungsfunktion
THM-C5 X X X X X Klimaanlage mit allen Funktionen (oder ugs. „Vollklimaanlage“)

Legende: X Wird in der Teilklimaanlage geregelt. (x) Wird in der Teilklimaanlage beeinflusst, aber nicht geregelt.

Weiterhin werden die Klimaanlagen zusätzlich nach der Lüftungsfunktion gekennzeichnet. Wird Außenluft zugeführt, so handelt es sich um eine Klimaanlage mit Lüftungsfunktion. Wird dagegen nur Umluft gefahren, so ist das eine Klimaanlage ohne Lüftungsfunktion.

 

Vor- und Nachteile von Klimaanlagen

Die Auswirkungen von Klimaanlagen auf die Produktivität bei der Arbeit ist umstritten und von vielen individuellen Faktoren beeinflusst.

Pro:

  • Gesundheitlich zuträgliche Atemluft wird den Arbeitsräumen zugeführt. Dies ist gemäß Arbeitsschutz, z. B. in Deutschland nach der Arbeitsstätten-Richtlinie Lüftung (ASR 5) dann erreicht, wenn die Luftqualität im wesentlichen der Außenluftqualität entspricht[1]. Auch Gerüche und Schadstoffe, wie Lösungsmittel aus Baustoffen oder Teppichen, Ozon aus Laserdruckern, Stäube, Gase und Dämpfe aus Herstellungsprozessen etc. werden abgeführt. Maßstab ist die maximale Konzentration am Arbeitsplatz (MAK).
  • Bei etwa 20 °C ist der Mensch zu 100 % leistungsfähig. Bei 28 °C sinkt die Leistungsfähigkeit auf 70 % und bei 33 °C auf 50 %[2]. Laut Arbeitsstätten-Richtlinie Raumtemperatur (ASR 6) soll die Temperatur an Büroarbeitsplätzen 26 °C nicht übersteigen[3].

Contra:

  • Insbesondere die Kühlung von Gebäuden, welche über keine oder wenig thermische „Puffer“ verfügen („Glasarchitektur“), ist trotz hoher Wirkungsgrade nur unter erheblichem Energieeinsatz möglich - dieses erhöht den Ausstoß klimaverändernder Gase erheblich.
  • Einige Menschen empfinden das künstliche Klima als unangenehm (Sick-Building-Syndrom). Eine Befragung der AOK ergab, dass sich fast 40 % durch schlechte Belüftung und Klimaanlagen beeinträchtigt fühlen. Schlecht gewartete Systeme können Bakterien, Schimmelpilze und andere Mikroorganismen verbreiten. Ein bekannter Fall in den USA führte in den 1970er Jahren zur Entdeckung der Legionärskrankheit. Aus diesem Grund wurden Klimaanlagen damals lange Zeit verdächtigt, ernsthafte gesundheitliche Beschwerden am Arbeitsplatz auszulösen[4].
  • Zwar verbrauchen moderne, effiziente Klimaanlagen weniger Energie als ältere Geräte, aber ein verlustleistungsfreier Betrieb ist prinzipiell unmöglich. Das belastet spürbar die Stromversorgungsnetze, gerade in urbanen Gegenden.
  • Klimaanlagen führen durch Wärmeabgabe zu thermischen Belastungen, welche sich in Form von lokalen Klimaveränderungen äußern können.
Zentrale Klimaanlagen

Bei zentralen Klimaanlagen werden die erforderlichen lüftungstechnischen Grundfunktionen der thermodynamischen Luftbehandlung: Lüftförderung, Filterung, Temperierung, Be- und Entfeuchtung in einem zentralen Zuluftgerät und in einem zentralen Abluftgerät durchgeführt. Bei der Temperierung ist der Wärme-/Kältebedarf der zugeführten Außenluft und die Transmissionswärme/-kälte für die Räume bereit zu stellen. Von den beiden Geräten aus verteilen sich Luftkanäle zu den einzelnen Räumlichkeiten.

Zentrale Klimaanlagen werden in kombinierte Luft-/Wasser-Anlagen und Nur-Luft-Anlagen unterschieden.

  • Luft-/Wasser-Anlagen
Zur Temperierung erfolgt bei dieser Bauweise die Deckung der Transmissionswärme/-kälte im Raum über wassergebundene Flächenheiz- oder –kühlsysteme, (Heizkörper, Kühldecken, o.ä.), während die Temperierung der zugeführten Außenluft, Luftförderung, Filterung, Be- und Entfeuchtung in den zentralen Geräten verbleibt. Diese Bauweise garantiert eine flexible Raumnutzung hinsichtlich Luftmenge und Raumtemperatur.
  • Nur-Luft-Anlagen
Bei dieser Bauweise erfolgt die komplette Konditionierung des Raumes ausschließlich mit der zugeführten Luft. Nur-Luft-Anlagen kommen dann zum Einsatz, wenn aus besonderen Gründen wassergebundene Flächenheiz- oder -kühlsysteme im Raum vermieden werden sollen oder wenn größere Räumlichkeiten, wie Säle, Auditorien, Theater, Versammlungsräume, o.ä. klimatisiert werden müssen.

Zentrale Klimaanlagen haben sich gut bewährt. Alle Komfortanforderungen hinsichtlich der Behaglichkeit im Raum, wie Luftqualität, Lautstärke, Luftfeuchtigkeit, Zugfreiheit und der Temperatur lassen sich einfach erfüllen. Die räumliche Konzentrierung wesentlicher Bauteilkomponenten bietet wirtschaftliche Vorteile bezüglich Luftqualität, Energieeffizienz, Wartung, Hygiene und Flächennutzung.

Zentrale Lüftungsanlagen gestatten eine umfassende und energieeffiziente Aufbereitung der benötigten Luft. Unabhängig von der Fassadenausrichtung wird der verkehrsabgewandten Gebäudeseite in Bodennähe hier im Winter wind-/regengeschützt relativ warme und im Sommer relativ kühle Außenluft ins Gebäude eingebracht. Die Baugrößen ermöglichen durchgängig den Einsatz von Komponenten mit hohen Wirkungsgraden, wie z.B. Ventilatoren, Wärmerückgewinnung, Schalldämpfung. Zur Steigerung der Energieeffizienz lassen sich leistungsfähige multifunktionale Wärmerückgewinnungssysteme einsetzen, die auch im Sommer „als Nebenprodukt“ mit der indirekten adiabatischen Verdunstungskühlung selbsterzeugte Kälte bereit stellen. Damit wird die Heizzentrale um den Teil der thermischen Luftaufbereitung entlastet, und große stromzehrende Kälteanlagen inkl. deren Rückkühlwerke werden vermieden. Zudem können architektonische Möglichkeiten zur Vermeidung von Transmissionswärmeverlusten, wie z.B. Doppelfassade oder Passivhausbauweise umfassend genutzt werden.

Dezentrale Klimaanlagen

Bei dezentralen Klimaanlagen werden die Luftbehandlungen Luftförderung, Filterung und Temperierung direkt im Raum ausgeführt. Unabhängig von der Himmelsausrichtung des Gebäudes wird über die Fassade die benötigte Luft raumweise angesaugt und ins Gebäude eingebracht. Die Raumabluft wird ebenfalls wieder raumweise über die Fassade ins Freie entlassen.

Analog den zentralen Klimaanlagen lassen sich dezentrale Klimaanlagen ebenfalls in Luft-/Wasser-Anlagen und Nur-Luft-Anlagen unterteilen. Allerdings beschränken sich hier die Nur-Luft-Anlagen auf relativ kleine Räume, wie zB. Büroräume an der Fassade.

Dezentrale Klimaanlagen sind aus Fenster-Kühlaggregaten entstanden, wie sie seit langem in den heißen Regionen Asiens und Amerikas eingesetzt werden, indem eine Lüftungs- und Heizfunktion hinzugefügt wurde. Dezentrale Klimaanlagen werden vorzugsweise für den nachträglichen Einbau in einzelne Raume vorgesehen. An den Komfortanforderungen müssen unter Umständen bei Luftqualität, Lautstärke, Luftfeuchtigkeit, Zugfreiheit und Hygiene Abstriche gemacht werden. Das kann beispielsweise daran liegen, dass bei verkehrszugewandten Fassaden belastete Außenluft in den Raum geführt wird, dass über die Fassade ausgeblasene Fortluft wieder angesaugt wird, dass zusätzlich zum Ventilatorgeräusch über die Fassadenöffnungen auch Verkehrslärm in den Raum dringt, dass keine Be- und Entfeuchtung stattfindet, dass der Winddruck Einfluss auf die Luftbilanzierung des Gebäudes hat oder wegen fehlender Filtervorerwärmung durchnässte Filter verkeimen.

Dezentrale Klimageräte werden vorwiegend unter Flur oder in die Brüstung eingebaut. Dies verringert zentrale Luftverteilungen im Gebäude und die Ausweisung einiger Technikflächen im Keller oder auf dem Dach. Der Einbau in die Brüstung birgt die Möglichkeit geringer Geschosshöhen, allerdings wird dabei im Gegenzug die effektive Raumbodenfläche um den Überstand der Brüstung reduziert. Es ist zu beachten, dass Räumlichkeiten im Gebäudekern oder Untergeschossen nicht zu klimatisieren sind.

Bei der Erreichung guter Energieeffizienzen sind in größeren Anlagen Abstriche zu machen. Das liegt daran, dass der Vorteil vermiedener Luftverteilungen nicht die Nachteile bei der thermischen Luftaufbereitung überwiegt. Auf Grund der begrenzten Einbausituationen sind die einzelnen Bauteile klein gehalten, was die erreichbaren Wirkungsgrade zB. beim Ventilator, Wärmerückgewinnung oder Schalldämpfer vermindert. Nicht gegen Regen und Wind geschützt, kann es in der Heizperiode passieren, dass die kältere Fassaden-Außenluft mehr aufgewärmt werden muss und dann mit einem höheren Luftheizbedarf zu rechnen ist. Auf Grund der Thermik und Strahlung erfordert die Fassaden-Außenluft im Sommer zudem höhere Kühlleistung. Da auch keine indirekte adiabate Verdunstungskühlung nutzbar ist, muss die Kühlleistung über Kältemaschinen und Rückkühlwerke erzeugt werden, die zusätzliche Technikflächen benötigen und hohe Stromverbräuche verursachen. Bei der Wartung dezentraler Bauteile hat sich gezeigt, dass Zeit- und Transportaufwand für lange Wege und erneute Rüstzeiten vor Ort durchweg erhöhte Kosten nach sich ziehen. Auch können Wartungsarbeiten im Raum Behinderungen im Arbeitsablauf der dort anwesenden Personen verursachen. Dezentrale Klimaanlagen gestatten ein eigenes Konzept zur flexiblen Raumnutzung und Kostenabrechnung.

Um über die Fassade Fortluftansaugungen zu vermeiden und damit auch Brand- und Rauchübertragung einzuschränken, geht man von den dezentralen Klimaanlagen inzwischen vermehrt zu hybriden Ausführungen über. Dabei wird die Raumabluft im Gebäude zusammengefasst und über ein zentrales Abluftgerät über Dach abgeführt, während die Außenluftansaugungen der einzelnen Räume noch über die Fassade erfolgen.

Sick-Building-Syndrom

Das Sick-Building-Syndrom wird fälschlicherweise nur mit Klimaanlagen in Verbindung gebracht. Wie das Wort Syndrom andeutet, müssen jedoch mehrere Kriterien gleichzeitig vorliegen, um Symptome auszulösen. Das Wohlbefinden in klimatisierten Räumen ist von insgesamt sechs Hauptfaktoren abhängig, wovon allerdings nur die ersten beiden der nachfolgend genannten Hauptfaktoren von Klimaanlagen beeinflusst werden können. Erst bei Erfüllung aller Kriterien kommt es nicht zum Sick-Building-Syndrom.

  1. Behaglichkeit ist gegeben
  2. Luftqualität stimmt (Frischluft statt Umluft)
  3. Körperlicher Gesundheitszustand ist zufriedenstellend
  4. Arbeitsplatz ist optimal gestaltet (kein Lärm, ausreichende Beleuchtung, keine spürbaren Hochhausschwingungen)
  5. Arbeitsklima ist angenehm (kein Mobbing, keine innere Kündigung, kein Burn-Out).
  6. Angenehme und interessante Tätigkeit wird ausgeführt.
Ökologische Betrachtung

Klimaanlagen zur Kühlung werden insbesondere in den Subtropen und Tropen eingesetzt, um Wohn- und Arbeitsbedingungen zu schaffen, die denen moderaterer Klimazonen entsprechen. Sie sind in vielen warmen Ländern die Voraussetzung für den Aufbau wettbewerbsfähiger Industrien, so wie sie ursprünglich dem Süden der USA erst den Anschluss an die industrielle Entwicklung des Nordens ermöglicht hatten. Ohne Klimatisierung könnten beispielsweise die heranwachsenden Industrienationen Südostasiens ihr Wachstumstempo nicht durchhalten.

Daraus ergeben sich jedoch neue und belastende Probleme wie sehr hohe Energiekosten, Überlastungen der Energieversorger und lokale Klimaveränderungen. Aus diesem Grund nennen beispielsweise die Menschen im Großraum Tokio ihr Gebiet, das etwa auf der geografischen Breite von Los Angeles liegt, bereits „Hitzeinsel“.

Um diesen Problemen vorzubeugen, wird seit Mitte der 1980er Jahre in Deutschland immer mehr die adiabate Kühlung in der Gebäudeklimatisierung eingesetzt. Die erforderliche Kälte wird dabei durch Verdunstungskälte erzeugt. Durch Verdunsten von Wasser an der Luft entsteht ein Kühlpotential, das immer unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Die erreichbare Untertemperatur hängt von den klimatischen Bedingungen der Luft ab und liegt in Deutschland im Mittel bei gut 10° C. Bis auf den Transport von Luft und Wasser wird zur Kälteerzeugung keinerlei mechanische, elektrische oder thermische Energie benötigt. So sorgt die adiabate Kühlung im Sommer in den Räumlichkeiten des Bundeskanzleramts für ein angenehmes Klima. Mit 1 m³ Wasser (etwa 5 €) lassen sich so am Tag gut 1000 m² Bürofläche kühlen. Ein Extremfall für die adiabate Kühlung war die EXPO 1992 in Sevilla. Dort wurde die Außenlufttemperatur auf dem EXPO-Gelände durch Verdunstung an Spitzentagen von 42° C auf deutlich angenehmere 36° C abgesenkt. Erfreulich für die Besucher, aber in wasserarmen Regionen verschwenderisch.

2004 wurde in Toronto (Kanada) ein besonders innovatives und stromsparendes Kühlsystem für Bürogebäude installiert, das so genannte Deep Lake Water Cooling. Dabei wird dem nahen Ontariosee, aus ausreichender Tiefe 4 °C kaltes Wasser entnommen und durch eine Art „Nahkältenetz“ in bestimmte Gebäude verteilt, anschließend wird das Wasser wieder in den See zurückgeführt. Dieses Verfahren ist bei ausreichend großen Seen bzw. Wassermassen herkömmlichen Kühlsystemen ökologisch deutlich überlegen.

Ende 2005 bezogen Firmen in Neubiberg, einem südlichen Vorort von München, die Büro- und Laborgebäude von Campeon. In den Gebäuden wird mit Konvektionswärmeübertragern gekühlt und geheizt. Die künstliche Seenanlage um Campeon herum wird als Biotop entwickelt und gleichzeitig von der Klimatechnik genutzt.

Mechanische Kühlung

Eine Klimaanlage kann gegenüber konventionellen Heizungs- und Luftreinigungsanlagen auch kühlen, filtern und entfeuchten. Hierzu verfügt sie über einen Kältekreislauf, wie er ähnlich auch in vielen Kühlschränken vorzufinden ist. Die Filterung erfolgt oft über Filtervliese. Kondensationsflächen mit Wasserabläufen dienen der Lufttrocknung. Grob gesprochen wird die Wärme über den Kältekreislauf abtransportiert und dann auf der anderen Seite abgegeben. Folglich benötigt eine Klimaanlage immer ein Medium, mit dem sie die Wärme transportieren kann. Hierzu wird üblicherweise modernes Kältemittel R410A, R407C; R134a; Chlordifluormethan (R22) oder R290 (bei kleinen Anlagen wegen der Brandgefahr) und in Fahrzeugen R134a sowie in älteren das heute verbotene R12 verwendet.

Der Energieverbrauch, den moderne Klimaanlagen zum Kühlen oder Heizen benötigen, konnte stetig gesenkt werden. Da man nur den Wärmetransport über den Kältekreislauf (Kompressor) bezahlen muss, sind heute höherwertige Klimageräte mit einer Leistungszahl von 3,5 bis 4,0 keine Seltenheit. Diese benötigen also bei einem modernen, hochwertigen Klimagerät mit einer Kühlleistung von 4 kW nur eine Antriebsleistung von ca. 1,1 kW.

Bei Wohn- und Autoklimaanlagen hängt der Verbrauch stark von der Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur ab. Bei Klimaanlagen zum Kühlen von Rechenzentren oder Maschinen ist der primäre Verbrauchsfaktor die durch die Geräte erzeugte Wärme, die abgeführt werden muss.

Klimaanlagen werden auch immer öfter zum Heizen[5] verwendet, da sie rund 2/3 der abgegebenen Wärmemenge aus der Außenluft entnehmen und nur 1/3 der abgegebenen Wärmemenge elektrisch aufnehmen (Wärmepumpenprinzip). Moderne Geräte erreichen Leistungszahlen von bis zu 5 im Heiz- und bis zu 4 im Kühlbetrieb, d. h. nur noch 20 – 25 % der benötigten Energiemenge kommen aus der Steckdose. Höherwertige Splitklimageräte mit Wärmepumpenfunktion sind deshalb weit effizienter als Elektroheizungen. Es werden für größere Objekte bereits Wärmerückgewinnungsanlagen gebaut, bei denen auch die Abwärme im Kühlbetrieb für das Erwärmen von Brauchwasser genutzt werden kann. Auch eine Kombination mit einer Fußbodenheizung ist heute möglich.

Als Splitgeräte werden solche Klimaanlagen bezeichnet, die über eine Außeneinheit (Kondensator/Kompressor) und eine mit dieser verbundenen Inneneinheit (Verdampfer), evtl. auch mehrere Inneneinheiten (Multi-Splitanlagen), verfügen. Zum technischen Verständnis des ablaufenden Kreisprozesses in Splitgeräten siehe Abschnitt „Kompressionskälteanlagen“ unter dem Kapitel Kältemaschine.

Wie bei anderen Haushaltsgeräten werden die Geräte in Energieeffizienzklassen von A (gut) bis G (schlecht) eingeteilt; diese Angabe ist mittlerweile Pflicht.

Anwendungsbereiche und Bauarten

Die Bauarten von Klimaanlagen sind sehr verschieden; es wird unterschieden zwischen

  • Direktverdampfern und
  • indirekter Kühlung über Kaltwasser- oder Solekühler.

In kleinen Klimaanlagen wie Raumkühlgeräten, PKW-Klimaanlagen, Krananlagen und Klimaanlagen in Zügen wird die Luft direkt über den Einbau eines Verdampferbündels in den Luftstrom gekühlt. Großanlagen für die Klimatisierung von Bürogebäuden oder auch zur Kühlung von größeren Elektroschaltanlagen mit einer größeren Anzahl von Kühlstellen werden indirekt gekühlt. Der Verdampfer der Kälteanlage ist ein Wärmeübertrager, der Wasser oder Sole kühlt. Die Sole besteht aus Wasser, dem Frostschutzmittel beigegeben ist. Es wird ein geschlossener Kühlkreislauf mit Kreiselpumpen betrieben, in dem ein Ausdehnungsgefäß zur Aufnahme der thermischen Volumenänderung eingebaut ist.

Die Leistungen der Klimaanlagen reichen von 2 kW Kälteleistung (Raumklimagerät) bis zu zentralen Kälteanlagen im Steinkohlenbergbau mit einer Kälteleistung bis 3000 kW je Verdichteraggregat.

Für den privaten Gebrauch kommen Monoblock- oder Splitgeräte in Frage:

  • Monoblockgeräte haben einen Abluftschlauch, der in einem Wanddurchbruch fest verlegt sein oder aus einem Fenster gehängt werden muss. Diese Geräte haben den Nachteil, dass durch den zwangsläufigen Luftdruckausgleich die nach außen geblasene Abluft sofort wieder ersetzt wird durch warme und feuchte Außenluft, die durch die Ritzen in Fenstern und Türen einströmt. Somit wird ein großer Teil der Wirkung der Klimaanlage wieder zunichte gemacht. Ferner sind diese Geräte lauter als Splitgeräte, da der Kompressor innerhalb der Wohnung arbeiten muss. Allerdings gibt es auch Monoblockgeräte mit einem zweiten Schlauch zum Ansaugen von Außenluft, sodass kein Luftdruckausgleich mehr erforderlich ist. Diese Zweischlauch-Geräte sind aber bisher wenig verbreitet.
  • Splitgeräte sind effizienter, da der Verflüssiger an einer günstigen Stelle außerhalb des zu kühlenden Raums aufgestellt werden kann. Verflüssiger und Verdampfer werden über Schlauchleitungen verbunden. Die Schlauchkupplung ist praktisch ohne Totraum ausgeführt, so dass nach dem Verbinden der Teile die Klimaanlage ohne Eingriff in den Kältemittelkreis betrieben werden kann. Einige Split-Klimageräte verfügen heutzutage über eine sog. Wärmepumpenschaltung, die es ermöglicht, die Klimaanlage auch im Herbst, Winter und Frühling als energiesparende Zusatzheizung bis zu einer Außentemperatur von bis zu –15 °C zu betreiben.

Bekannt aus den USA ist auch eine Klimaanlage von der Größe eines Mikrowellenherdes, die in einen Fensterrahmen gestellt werden kann, und die Abwärme direkt nach außen abgibt. Dazu ist es jedoch erforderlich, den Rest des Fensterrahmens gegen die ansonsten wieder eintretende Abluft zu verschließen. Dies ist nur bei den in den USA üblichen Fenstern praktikabel, die nach oben aufgeschoben werden können.

Siehe auch: Sorptionsklimaanlage

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Klimaanlage. -- Zugriff am 2009-06-23]


Abb.: In der EU ist für Raumklimageräte unter 12kW ein Energielabel vorgeschrieben


Abb.: Funktionsweise eines Verdunstungskühlgerätes (evaporative cooler)
[Bildquelle: Buster2058 / Wikipedia. Public domain]


Abb.: Funktionsweise eines typischen Heim-Air-condition-Geräts
[Bildquelle: Pbroks13 / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: Klimaanlagen, Singapur - ประเทศสิงคโปร์
[Bildquelle: YoYoH. -- http://www.flickr.com/photos/yoyo_hick/2350975720/ . -- Zugriff am 2009-06-17. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]
 


Abb.: Klimatisierte Bushaltestelle, Dubai - دبي - ดูไบ
[Bildquelle: elvis_payne. -- http://www.flickr.com/photos/elvispayne/618281485/ . -- Zugriff am 2009-06-17. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]


Abb.: Elemente einer Lüftungsanlage
[Bildquelle: P199 / Wikipedia. Public domain]
1: Luftabfuhr, 2: Ventilator, 3: Flexible Verbindung; Kühl- oder Heizschlange; 5: Filter; 6: Frischluftzufuhr und Luftansaugung

6.3. Kühlende Raumflächen: Kühldecke, Kühlsegel, Kühlkonvektor, Kühlschacht - cooling ceiling, cooling ceiling section, cooling convector, cooling tunnel

"Die Kühldecke gehört zur Gruppe der Flächenheizungen. Kühldecken werden häufig in Büroräumen zur passiven Kühlung (Spitzenlastkühlung) eingesetzt. Dabei durchströmt kühles Wasser (meist 16 °C) ein Rohrnetz und kühlt die Raumluft ab. Tiefere Vorlauftemperaturen sind wegen der Tauwasserbildung (Feuchtkugeltemperatur bei 32°C, 40% r.F. ist 18°C) nicht möglich.

Dieses System kann auch Betonkernkühlung genannt werden, wenn die Kühlrohre in der Betondecke verlaufen.

Arbeitsweise

Trotz des Namens geben Kühldecken keine Kälte ab sondern entziehen dem Raum Wärme.

Kühldecken oder -elemente arbeiten auch bei Kühlwassertemperaturen unter 16°C, falls eine vorhandene Lüftungsanlage als Zentral- oder Dezentralgerät die eingeblasene Zuluft vorentfeuchtet hat, oder die Feuchtelast durch Stoßlüftung über Fenster abgeführt wird. In jedem Fall sollte ein Taupunktwächter die Vorlauftemperatur der Taupunkttemperatur anpassen, d.h. diese anheben.

Bauweisen

Kühlsegel

Beim Kühlsegel werden Teile der Deckenfläche abgehängt und als Kühldecke ausgeführt. Damit sind ästhetisch ansprechende Lösungen möglich.

Durch die höhere Konvektion welche durch ein aktives Deckensegel gegeben ist, weisen diese eine höhere spezifische Kühlleistung als geschlossene Kühldecken auf.

Zu beachten sind die entsprechenden Abstände und Abhänghöhen um die Konvektion bzw. "Luftumspülung" zu gewährleisten.

Eingeputzte Kühldecken

Hier werden Kapillarrohrmatten in den Deckenputz eingelegt und überputzt. Damit unterscheiden sich diese Decken nicht von herkömmlich Putzdecken. Vorsicht ist bei der Montage von Lampen geboten, da die Kapillaren beschädigt werden können.

Alternativ kommen dünnwandige Kupferrohre zum Einsatz. Vorteilhaft hier sind die Langlebigkeit des Werkstoffes Kupfer und die durch die Mäanderform des Wärmetauschers vorgegebene Strömung.

Abgehängte Kühldecken

Abgehängte Kühldecken können genauso wie herkömmliche abgehängte Decken ausgeführt werden. Vom Kaltwasser durchströmte Kupferrohre geben die Kälte an aufgepresste Wärmeleitprofile meist aus Aluminium ab. Den Abschluss zum Raum bilden höherverdichtete Gipskartonplatten (GK-Thermoplatten) oder beschichtete Metallflächen. Einen kritischen Punkt zur Funktionsfähigkeit der Kühldecke bildet die Verbindung der Wärmeleitprofile mit der gewählten Deckenuntersicht (GK oder Metall). Hier muss eine dauerhaft wärmeleitende Verbindung sichergestellt sein."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%BChldecke. -- Zugriff am 2009-07-08]

6.4. Solare Klimatisierung - Solar air conditioning


Abb.: "Solar cooling system: This flat plat solar system was designed and built by Bergquam Solar. It is used to drive a 10 ton absorption chiller that cools the building. Most of the cooling in the summer is provided by the solar system.", Sacramento, Kalifornien
[Bildquelle: Sandia National Laboratory. -- Public domain]

"Bei der solaren Klimatisierung wird ein Gebäude, ein Raum oder abstrakter gesehen ein Volumen durch Solarenergie gekühlt und getrocknet. Dazu wird die Antriebsenergiequelle einer Kältemaschine durch solare Strahlung, statt elektrischer Energie aus dem Stromnetz, betrieben.

Probleme der elektrisch betriebenen Gebäudeklimatisierung

Der höchste Kühlbedarf fällt zeitlich mit der Mittagsspitze im Lastprofil des Stromverbrauchs zusammen. Sie ist damit mitverantwortlich für die Auslegung von Kraftwerken und Stromnetz. Spitzenlaststrom ist ökonomisch wie ökologisch besonders aufwändig.

Kompressionskältemaschinen arbeiten mit Kältemitteln, die beim Entweichen zur Globalen Erwärmung beitragen.

Übereinstimmung von Sonnenstrahlung und Klimatisierungsbedarf von Gebäuden

Gebäude müssen nur dann und dort klimatisiert werden, wo sie oder ihre Umgebung durch Sonnenstrahlung aufgeheizt werden. Sonnenenergie steht also immer dort zur Verfügung, wo eine Klimaanlage betrieben werden soll.

Bei genauerer Betrachtung folgt allerdings der Klimatisierungsbedarf der Strahlung mit einer Verzögerung, da die Umwelt und das Gebäude durch ihre Wärmekapazität thermisch träge sind. Im Tagesgang ist die höchste Einstrahlung am astronomischen Mittag (in Deutschland ca. 13:15 Uhr Sommerzeit), die höchste Temperatur aber am Nachmittag gegen 15:00 Uhr. Im Jahresgang ist die intensivste Einstrahlung auf der Nordhalbkugel am 21. Juni, die heißesten Tage folgen je nach lokalem Klima Mitte bis Ende Juli. Dennoch kann in der Dimensionierung von einer starken Korrelation zwischen Strahlung und Erwärmung ausgegangen werden.

Gebäudeklimatisierung mit Solarstrom

Prinzip

Eine elektrische Klimaanlage wird mit lokal erzeugtem Solarstrom angetrieben. Im Normalfall wird ein solches System zusätzlich an das Stromnetz angeschlossen, um den außerhalb der Sommermonate erzeugten Strom zu nutzen und die Klimaanlage auch bei nicht laufenden Solarmodulen betreiben zu können.

Vor- und Nachteile

Vorteil eines solchen Systems ist, dass Stromerzeugung und Klimatisierung unabhängig voneinander geplant, gebaut und betrieben werden können; eine Nachrüstung bestehender Klimaanlagen ist möglich. Es stehen technisch ausgereifte Geräte zur Verfügung. Solarmodule und Klimaanlage können auch räumlich getrennt werden.

Nachteil ist die Umwandlung der thermischen Solarstrahlung in thermodynamisch wertvollen Strom, um damit wieder eine thermische Anwendung zu betreiben. Marktübliche Solarzellen haben Wirkungsgrade unter 20 %. Es werden weiterhin Kältemittel benötigt.

Gebäudeklimatisierung mit Sonnenwärme

Bei diesen Verfahren wird Solarthermie verwendet, um mit Wärme zu kühlen. Da solarthermische Kollektoren die Strahlung bis zu 70 % nutzen, kann ein etwas ungünstigeres Verhältnis von entfernter Wärme zu aufgewandter Energie (Leistungszahl, Coefficient of Performance, COP) als bei elektrischen Kältemaschinen in Kauf genommen werden. Die Solaranlage kann auch der Warmwasserbereitung und der Unterstützung der Heizung dienen.

Geschlossene Sorption

In geschlossenen Verfahren wird die Luft über Kaltwasserverteilsysteme mit einer Absorptionskältemaschine oder Adsorptionskältemaschine gekühlt, diese kommt mit dem Sorbens nicht in Berührung. Übliche Stoffpaare bei der Absorption sind Gemische aus Ammoniak und Wasser oder Salzlösungen wie Lithiumbromid. Bei der Adsorption wird mit festen Sorbentien wie Silikagel oder Zeolith und dem Kältemittel Wasser gearbeitet. Eine Entfeuchtung der Zuluft ist wie bei Kompressionskältemaschinen durch Kühlen unter den Taupunkt und anschließendes Wiedererwärmen möglich. Jüngste Entwicklungen auf diesem Gebiet sind Sorptionskältemedien, die auf ionischen Flüssigkeiten basieren. Im Gegensatz zum bisher meist verwendeten Lithiumbromid-Wasser-Gemisch besitzen diese gegenüber Wasser eine erheblich höhere Aktivität und können zudem nicht auskristallisieren, da sie sehr niedrige Schmelzpunkte besitzen.

Offene Sorption

Bei der offenen Sorption wird die Zuluft durch Kontakt mit wasserziehenden Substanzen (z.B. Silicagel, Zeolith_A) getrocknet. Anschließend wird Wasser versprüht, das beim Verdunsten die Luft kühlt (Kühlung durch Trocknung und Verdunstung). Das Sorbens wird dann durch Hitze getrocknet (regeneriert).

Zur Trocknung können feste oder flüssige Stoffe verwendet werden. Beispiel für Verfahren mit Feststoffsorbentien ist der Rotationsentfeuchter. Als flüssige Sorbentien werden bislang Lösungen mit Calciumchlorid, Lithiumchlorid oder Lithiumbromid eingesetzt. Aber auch Sorbentien, die auf ionischen Flüssigkeiten basieren, stoßen zunehmend auf Interesse.

Vor- und Nachteile

Ein Vorteil der Sorption ist, dass der thermodynamisch ungünstige Umweg über die Erzeugung von Strom vermieden wird. Wärme oder wasserziehende Substanzen können im Gegensatz zu Strom verlustarm gespeichert werden.

Als Nachteil erweist sich, dass Solaranlage und Klimaanlage zusammen ausgelegt und gebaut werden müssen, nachträgliche Änderungen sind aufwändig. Bislang gibt es nur wenige Hersteller, die solche Systeme anbieten. Ein weiterer Nachteil ist das sehr große Volumen der Kühleinheit gegenüber kompakten elektrischen Klimaanlagen. Zudem ist der Sekundärenergiebedarf für Pumpen und Steuerung teils nicht unerheblich und muss in die Wirtschaftlichkeitsberechnung mit einbezogen werden."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Solare_Klimatisierung . -- Zugriff am 2009-07-09]

6.5. Regelungstechnik - control engineering

"Die Regelungstechnik ist ein Gebiet der Ingenieurwissenschaft und Teilgebiet der Automatisierungstechnik. Sie befasst sich mit der gezielten Beeinflussung von physikalischen, chemischen, biologischen oder anderen Größen in Geräten, Anlagen, Fahrzeugen mittels des Prinzips der Rückkopplung, so dass das Verhalten dieser Größen einem gewünschten Verhalten möglichst nahe kommt. "

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Regelungstechnik . -- Zugriff am 2009-09-10]


Abb.: Ein einfacher Regelkreis - control system
[Bildquelle: JanHRichter / Wikipedia. -- GNU FDLicense]

Die moderne Elektronik und Programmiertechniken ermöglichen es, alle raumlufttechnischen Anlagen automatisch zu steuern, z.B.

Bei allen automatischen Regelungen muss man allerdings bedenken, dass für viele Menschen das Behaglichkeitsgefühl sehr verringert wird, wenn sie keinen direkten Einfluss auf die Raumluftqualität nehmen können (z.B. durch Öffnen von Fenstern).

7. Planungskomponenten klimagerechten Bauens = climate responsive scientific process of design

"The idea of climatically responsive design is to modulate the conditions such that they are always within or as close as possible to the comfort zone. The ambient conditions over 24 hours period and is shown by the line A. For a majority of the time it is outside the comfort zone. Modulations introduced by the landscape, built-form, envelope, materials and other control measures bring the conditions within the comfort range throughout the 24 hours period cycle. This is the goal of climate responsive design.

However, unlike industrial manufacture, designing is not a linear process. Parameters are interrelated and interactive. Often they need to be considered simultaneously and in a cyclical manner. Any process of design must, therefore, allow for this flexibility and dynamism. This process and the design tool is outlined in later sections. The basis of our attempt at climate responsive design involves considering climate as a parameter of design in every aspect of the building and built environment. Our first task is to put forth these various aspects in a logical sequence. In effect, we are dissecting the design into its constituent elements so that we can act upon each in turn. The sequence proceeds from macro level details to micro level details.

   Levels  Parameters  Cold  Moderate  Hot  Design Sequence
B Level 1,2         Level 1\2: Landform\Landform Orientation
Level 3         Level 3: Vegetation type and pattern
Level 4         Level 4: Water bodies
Level 5         Level 5: Street widths and orientation
Level 6         Level 6: Open spaces and built spaces
Level 7         Level 7: Ground character
C Level 8         Level 8: Plan form
Level 9         Level 9: Plan elements
Level 10         Level 10: Building orientation
Level 11         Level 11: Surface area to volume ratio
Level 12         Level 12: Roof form
D Level 13         Level 13: Fenestration pattern
Level 14         Level 14: Fenestration configuration
Level 15         Level 15: Fenestration orientation
Level 16         Level 16: Fenestration controls
E Level 17         Level 17: Roof materials
Level 18         Level 18: Walls
Level 19         Level 19: External colors and textures
Level 20         Level 20: Internal materials
Level 21         Level 21: Internal finishes

A qualitative study of these modulations, at each level, is an essential prerequisite to climatic design. What follows is just that. Each level is explained in terms of its climatic implication, the conceptual understanding thereof and its effect on the building design. The various levels together provide an extensive understanding of the interaction of the building and the microclimate. To enable the qualitative and quantitative analysis of landform the energy balance at the surface should be analyzed and the consequent effect of this be taken into account in the design process.

The information given in the preceding text is linked together into a comprehensive 'design aid' by the Design tool.On the face of it the tool is simply a color coded ready reckoner. It helps in the formation of a conceptual design strategy. However, it is also linked to the qualitative and quantitative information. It, thereby, draws the reader into a more comprehensive and precise understanding of the requirements towards the design input.

The idea is to optimize the input of the designer and to direct the output of the aid into clear pointers for design. As a result the design-aid package seldom requires the designer to know much more than the basic climatic conditions and the latitude of the place. Only at an advanced stage of design (for instance, while determining glazing areas of sun spaces in a cold climate is more specific data required.

So how does the design tool work anyway? The tool displays the different levels and the broad options available within each. These options are color coded-the colors indicating the zone they are appropriate for. (There is also a gradation of shades within the colors themselves. The darkest shade indicates the most desirable and the lightest shade indicates the least desirable option). The color code is as follows:

  • Yellow-options for hot (overheated conditions)
  • Blue-options for cold (underheated conditions)
  • Green-options for moderate conditions

Climates that experience more than one extreme season have to be designed resolving the contradictions as far as possible.

A basic design strategy can be formulated by simply following the appropriate color path. At each level the reference for supporting qualitative and quantitative information is given. These can be referred to, to refine and translate the basic strategy into a design solution. Of course, this is simplifying the case. Each design would have a context of its own which needs to be acknowledged and accounted for. The tool evaluates landform variations but not all projects would have the scope for this. The cause of climatic design would, therefore, not be aided by a gospel like the Ten Commandments for each zone. Like the Commandments they would be seldom followed due to 'practical' problems in doing so. What is needed is a guiding framework which allows each to find their optimum solution. The 'Design Tool' does just that. The 'Tool' indicates the climatic imperative for the options. Therefore, not only are certain options highlighted but the climatic factor and its effect is also indicated. While the options have primary implications they may also have a secondary one, too. This also appears. As a result the user need not work blindly. Knowing the reason for the options being appropriate and the possible implications of each option, the designer need not just follow the color path downwards.

The climatic factor determining the option is indicated by the bar at the left of the chart, the climatic factor possibly affected by the option is indicated by the bar on the right. So if restrictions force a design to have an inappropriate orientation, the designer can emphasize on this concern. By following the left bar those options that optimize radiation (or ventilation if that is what the orientation has affected) can be chosen. Thus the peculiar problems created in the design can be negated. Similarly, if a particular option implies reduced day lighting (indicated in the right bar), the option indicating day lighting in the left bar can be followed. This frees the designer from the 'color path' and makes the tool-a flexible and dynamic 'design aid'.

The system can be followed very simply for each zone except the composite. This zone experiences two or three different seasons each of which is uncomfortable. We need to provide for all of them. The first step is to examine the climatic context. The duration of uncomfortable period in each season has to be compared to derive an order of priorities. This tells us which season is most uncomfortable and which is least so. Having identified the most uncomfortable season this alone should be considered to evolve the design strategy. The same can be done for other seasons as well. The points of contradiction between the options of the different zones must be noted. The variations of the natural elements (for instance, changes of sun angle and wind pattern), should be considered to resolve the conflict. In case of unresolved conflicts the order of priorities should be followed.

With a clear understanding of the underlying theory, the tool can be used to design climatically. Not by superseding other architectural concerns but by optimizing climatic design, keeping other concerns in mind."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/index.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.1. Planungskomponente 1: Geländeform - landform

"Level One: Landform

Prime Parameters: Air temperature, Air movement

Landform variations and the microclimate. Flat site experience little variation. air speed increases up the slope and decrease down it. Depression valleys experience lower air temperatures. They have little air movement unless they lie in the direction of airflow.


Pressure Difference caused by obstacles

 


Landform optimization in hot climates: building in a depression and shading from heat and wind minimizes heat gain and discomfort

Protection from katabatic winds on slope; A cool mass of air descending down a slope (katabatic wind) can be deflected or minimized by thick vegetation.Air speeds are greatest on the crest

Other Parameters: Climatic Implications

The landform or topography of a site and surrounding could either be flat, sloping or undulating (mounds etc.). If the land is flat, similar conditions would prevail over the entire site. The location of the building in such a case is not dictated by climatic concerns. However, slopes and depressions lead to different levels of air temperature and air movement at different parts of the site. Cooler air tends to collect in depression or dips in the land. As a result, the air temperature is lower in such areas. Also air speed increases up the windward slope. Air speed is maximum at the crest and minimum on the leeward side.

Theoretical Understanding

These phenomena can be easily understood. Cool air has a higher density than hot air. As a result cool air is heavier and tends to settle down in depressions while hot air rises. This fact also explains convection currents in liquids and gases. On the other hand, air movement is also affected by pressure difference. Airflow normally takes place from high pressure zones to low pressure zones. Obstacles in the path of airflow cause an air-buildup and therefore a high pressure area on the windward side. Similarly, direction of the airflow would now depend on the shape of the obstacle and the magnitude of the pressure difference. Further, as the area through which a fluid flows decreases, fluid velocity increases and vice versa.

Building Design

These phenomena would have an implication on our building design. In hot climates building in a depression implies relatively lower air temperatures. When building on a slope, the leeward side is preferable, as long as the orientation is acceptable. In both cases warm breezes would be minimized. The collection of water in a depression might allow for a water body. This would also be beneficial in cooling the place. In cooler climates not only do we not place our building in the depression we also avoid the path of the cool air down the slope. Here, again, vegetation could help in protecting from cool breezes. In humid climates our primary concern is maximizing air movement. We must, therefore, place our building on the top of the windward slope where the air speed would be the highest.

However, even in a cold or humid climate we might be forced to place our building in a depression. If so, we can take measures to mitigate the effects. A study of the different levels to enhance or suppress the effects of decisions taken at earlier levels.

Other Possible Effects

The placement of our building might affect other parameters as well. Daylight levels in a depression will have to be considered. We also need to remember that in hot climates the relatively lower air temperature obtained in depressions is mostly limited to the minimum night-time temperature. In some cases, this itself may be uncomfortably high."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_1_landform.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.2. Planungskomponente 2: Ausrichtung des Geländes - landform orientation

"Level Two: Landform Orientation

Prime Parameters: Radiation

Landform orientation and building placement in hot climates. If the slope is steep or the sun is low, a northern slope may minimize heat gain but this would also cut off winter sun. In some cases earth sheltered construction on the south slope would be the answer

Other Parameters: Daylight

Climatic Implications

Landform orientation has little meaning when the land is flat. However, the orientation of slopes would make a difference. In northern latitudes (away from the equator) south slopes receive the most while north slopes receive the least direction radiation. In the southern latitudes, just the reverse happens. East and west oriented slopes receive direct radiation. In the southern latitudes, just the reverse happens. East and west oriented slopes receive direct radiation mostly during the morning and evening, respectively.

Building Design

In hot climates, a north slope would be preferable as it would receive the least direct radiation. However, this is true only if the slope is steep enough to shade the building. As a result slope orientation is of little consequence. The building should be placed so as to maximize airflow.

Other Possible Effects

Hot-dry climates often have cool or cold winters. While the prime need is to minimize heat gain, there is also a period when heating is required. If, therefore, one is building on a sufficiently steep north slope, it would be advisable to build into the slope. This would make the building warmer during winter and cooler during summer. However, we would be deprived of the pleasure of direct sunshine. The amount of daylight available needs to be considered. Further, we also need to consider the airflow pattern for the slopes we are building on. Building placement from the point of airflow and that of solar radiation may not always be the same. Often we need to reach a compromise based on greater need."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_2_landform_orientation.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.3. Planungskomponente 3: Vegetation - vegetation type and pattern - พืช


Abb.: Kragträger-Haus, Chiang Mai - เชียงใหม่, Thailand - ประเทศไทย

"Not much daylight, but the trees, and the creek just down the hill, would keep the temperature fairly stable during the day. Also, good passive cooling with sliding doors on both sides."

[Bildquelle: Dane Larsen. -- http://www.flickr.com/photos/nofolete/309300071/ . -- Zugriff am 2009-06-18. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)] 

"Level Three: Vegetation Pattern

Prime Parameters: Air movement, Radiation


Vegetation increasing, decreasing and directing airflow

 


Vegetation causes pressure differences which shifts the air path

Other Parameters:Relative Humidity, Daylight

Climatic Implications

Vegetation and trees in particular, very effectively shade and reduce heat gain. It also causes pressure differences, thereby, increasing and decreasing air speed or directing airflow. They can, therefore, direct air into a building or deflect it away.

Theoretical Understanding

Plants, shrubs and trees absorb radiation in the process of photosynthesis. As a result, they actually cool the environment. Trees and hedges also affect airflow. Thick vegetation effectively cut it off. On the other hand, careful placement of trees and hedges can direct and increase air speeds. This is achieved by planting trees and hedges so as to make a narrowing 'path' for the air. This reduction of area increases air speed. The placement of trees and hedges cause minor pressure differences which marginally changes the air path. This is easy to understand. The leeward side/ wind shadow area is a low pressure zone. Air tends to shift towards this. In the case of hedges, the low pressure shifts the path downwards. Airflow below the canopy of a tree is similarly shifted upwards. The understanding of these pressure changes and the consequent air paths can be used to our advantage in building design.

Building Design

In hot-dry climates where heat gain is to be minimized, trees can be used to cut off the east and west sun. Hot breezes can be effectively cut off. Planting deciduous trees is very useful in hot dry climates. They provide comforting shade in summer and shed their foliage in winters allowing sun. Evergreen trees can be used in cold climates to cut off breezes. However, they would also absorb solar radiation and, thereby, cool the place. In warm humid regions vegetation can be employed to maximize airflow. However, if they are not planted carefully they would end up reducing air speeds.

Other Possible Effects

Trees and vegetation would also increase humidity levels. This needs to be considered when employing trees in hot-dry and warm humid regions."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_3_vegetation_pattern.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.4. Planungskomponente 4: Gewässer - water bodies - ชล


Abb.: Entstehung eines kühlenden Seewinds
[Bildquelle: Vaughan Weather / Wikipedia. --GNU FDLicense]


Abb.: Landwind und Seewind (Brise)
[Bildquelle: Jesús Gómez Fernández / Wikipedia. -- GNU FDLiscense]
 

"Level Four: Water Bodies

Prime Parameters: Radiation, Air Temperature


Water bodies absorb much heat during the day and reradiate it at night

Other Parameters: Humidity

Climatic Implications

Water absorbs relatively large amount of radiation. They also allow evaporative cooling. As a result, during the daytime areas around water bodies are generally cooler. At night, however, water bodies release relatively large amounts of heat to the surroundings. This heat can be used for warming purposes.

Theoretical Understanding

The above stated phenomena are rather easy to understand. Water has a relatively high latent heat of evaporation as well as specific heat. In other words, water uses up a comparatively large amount of heat in evaporating. It also absorbs or releases a comparatively large amount of heat for a unit rise or fall of temperature. So, when water evaporates by the movement of air, it cools the air. This is evaporative cooling. In the process humidity rises. Evaporation is slow if the relative humidity is already high. Water has a specific heat, a little more than twice that of concrete. The means that the same volume of water would absorb about twice as much heat as concrete for the same rise of temperature. This can either reduce heat gain or if desired the radiation absorbed can be used as an indirect source of heat.

Building Design

In hot-dry climates, water/ water bodies can be used both for evaporative cooling as well as minimizing heat gain. Taking into account wind patterns and vegetation they can be used to direct cool breeze into the house. A roof pond minimizes heat gain through the roof. In cold climates, water bodies are beneficial only if their heat gain and loss can be controlled. This would happen only if the water body can be enclosed by the building. However, we may be faced with a large water body in a cold region. The best thing to do then is to stay away from it. The wind pattern would have to be studied and winds avoided either by building location, vegetation pattern or both. In warm-humid regions water bodies are best avoided. The minimal benefit provided by evaporative cooling would be offset by the heightened humidity levels.

Other Possible Effects

In hot-dry climates, we need to consider the severity of winters. Changing wind patterns in different seasons and the vegetation pattern may be useful in avoiding winter winds. The increases humidity levels would have to be considered. This does not pose a problem in hot-dry zones. It is in composite zones that the greatest challenge is faced. Water bodies would be inappropriate in the monsoons and winters though being beneficial in the hot season. Ideally they should be drained off during humid and cold seasons."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_4_water_bodies.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.5. Planungskomponente 5: Breite und Ausrichtung der Straßen - street widths and orientation - ถนน


Abb.: Beschattung (toldo) einer engen Straße, Sevilla, Spanien - ประเทศสเปน
[Bildquelle: bigeoino. -- http://www.flickr.com/photos/eoino/369335/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons  Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

"Level Five: Street Widths and Orientation

Prime Parameters: Radiation, Daylight


Street widths in hot climates: narrow north-south streets minimize eastern and western radiation.

 


Arrangement of building blocks to maximize airflow.

 


Street widths in cold climates. Wide east-west streets maximize the scope for south winter sun.

Other Parameters: Air movement

Climatic Implications

The amount of direct radiation received on the street (and to an extent, on the lower floors) is determined by the street width. The orientation affects the time of the day when the radiation is received. Modulating the street width and orientation can very effectively control solar radiation.

Theoretical Understanding

The solar altitude and azimuth determines the position of the sun at all times. The street width to building height ratio determines the altitude up to which solar radiation can be cut off. Similarly, the street orientation determines the azimuth up to which solar radiation can be cut off. As a result they can be used very effectively to minimize or maximize heat gain. Street width to building height ratio also affects the daylight received.

Building Design

In hot-dry climates, the prime need is to minimize heat gain. This could be achieved by cutting off the sun. Small street width to building height ratio ensures narrow streets and , thereby, shading. In particular, streets running north-south should be narrow. This would enable mutual shading from the horizontal morning and evening sun. East-west streets are avoidable as they allow uncomfortably low sun in the mornings and evenings. However, if unavoidable, they too should be narrow. The exact orientation of streets can be determined by considering the solar geometry in combination with building heights. This will enable us to orient the streets such that comfortably low sun is shielded off by the buildings. In cold climates, wide streets, especially the east-west streets allow buildings to receive the south sun. However, the need here is not just to gain heat but also conserver that which is received. So settlements should be compactly planned. North-south streets should be narrow. Low building heights are preferred. This would enable heat gain from the roof to be maximized. However, heat loss also has to be minimized. In warm-humid climates the primary need is for air movement. Streets, should therefore, be oriented to utilize the natural wind patterns.

Other Possible Effects

In many cases, we may not have a say over street pattern or width. Our scope for designing at this level would then be considerably reduced. Corrective measures can, however, still be taken but our approach then would be at a different level."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_5_street_widths_and_orientation.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.6. Planungskomponente 6: Offene Plätze und Bebauung - open spaces and built spaces - ลาน

"Level Six: Open Spaces and Built Form

Prime Parameters: Radiation, Airflow


Absorptive surfaces and smaller open spaces radiate less heat to buildings around


Greater the exposure of the walls and ground to the sky, the more the heat loss.


Compact planning in the modern context: Large heat production of modern buildings makes compact planning inappropriate in hot regions due to the decrease in heat loss capacity.


Compact planning in cold climates: while heat gain is reduced by compact planning, the decrease in heat loss is significant.

Other Parameters:

Climatic Implications

Open spaces have to be seen in conjunction with built form. Together they can allow for freer air movement and increased heat loss or gain. The lack of open spaces could reduce heat loss or gain. Thus they can make hot, cold or humid conditions more bearable or more unbearable.

Theoretical Understanding

Open spaces in any complex are integral part of built form. The question is-how should they be positioned and how much should there be? After all, any built mass modifies the microclimate. An open area, especially a large one allows more of the 'natural' climate of the place to prevail. So obviously, large open spaces allow for freer air movement. The built pattern is also important. It can increase, decrease and modify air speeds. Open spaces gain heat during the day. If the ground is hard and building surfaces are dark in color then much of this radiation is reflected and absorbed by the surrounding buildings. If, however, the ground is soft and green then less heat is reflected. Shading by surrounding buildings and trees can reduce heat gain to some extent. For summer shading, the building will have to be tall because of the high solar altitude. In winters, on the other hand, since the sun is at a lower altitude even low buildings would shade large areas. Heat loss at night by re-radiation also increases with more open spaces. During the day, buildings receive radiation from the sun and sky. At night this heat is reradiated to the sky. The greater the exposure of the buildings to the sky, the more the heat loss. So not just the roof, the walls also lose heat. If, however, buildings are tightly packed then all walls face each other and have little exposure to the sky. Then, heat loss occurs only from the roof.

Building Design

In hot-dry climates, compact planning with little or no open spaces would minimize heat gain as well as heat loss. When heat production of the buildings is low, compact planning minimizes heat gain and is desirable. This is how traditional settlements were often planned. However, in modern cities, buildings produce much heat of their own. In such cases heat loss becomes important. In fact, the phenomenon of heat build up in cities leads to the formation of heat islands. The size and scale of open spaces must, therefore, be optimized. If the open space is too large, then there can be too much heat gain. If it is too small, then there may be insufficient heat loss at night. Further, surface characteristics are important. The ground should be soft and preferably green. Building surfaces should not be very reflective. Shading by trees or buildings would also reduce heat gain. Since the hot-dry climate might also have a cold season, trees should be deciduous so as to allow winter sun. In cold climates open spaces should be small. Surfaces could be hard and absorptive. Compact planning is, of course, preferred. They should allow the south sun into buildings. Trees, if any, should be deciduous. In humid climates buildings should preferably not be attached to one another. Streets and the open spaces should be oriented with respect to wind patterns. The open spaces and the funnel effect can be used to maximize airflow within the complex.

Other Possible Effects

Daylight levels would be affected by the form of planning. Compact planning would reduce the scope for daylight, while 'open' planning allows more daylight. Fenestration would consequently be affected. In some cases we may have only a small plot in an otherwise built up complex. We would have little say then, in the overall pattern of open spaces and built-form. Our measures for providing comfortable living spaces would then be taken at other levels."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_6_open_spaces_and_built_form.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]  

7.7. Planungskomponente 7: Bodenbeschaffenheit - ground character - ภูมิ

"Level Seven: Ground Character

Prime Parameters: Radiation


Different ground materials reflect, store and absorb heat to different degrees

Other Parameters: Daylight

Climatic Implications

Depending on the ground surface, incident radiation can be absorbed, reflected or stored and re-radiated later. In other words, radiative heat gain could either be decreased, increased during the daytime or increased during the night time. Depending on the climatic context this could be used to our advantage.

Theoretical Understanding

The color and texture of a material's surface determines its reflectivity. The lighter the color and smoother the surface, more the reflectivity of the material. The darker the surface and rougher it is, the lower the reflectivity. Such materials would store more heat and reradiate it at a later time. This re-radiation mostly takes place at night when the surroundings are at a lower temperature. Vegetation, namely, trees, shrubs, plants and grass utilize sunlight for photosynthesis. They absorb and consume the radiation. In this case the heat is neither reflected nor reradiated.

Building Design

In hot climates ground surfaces preferably should be green in order to minimize heat gain. Where hard surfaces and paving are unavoidable they should be rough but not very dark. This would make the ground less reflective but not highly absorptive. In cold climates heat gain would be maximized by reflecting the heat or storing it. Ground surfaces should preferably be paved dark but smooth. This would increase absorptivity and reflectivity. In humid conditions ground character is of consequence only when it can absorb moisture.

Other Possible Effects

The ground surface would also reflect daylight. Especially in sunny climates this could lead to uncomfortable glare. For this reason also, hard paving should be minimized and, where necessary, should be rough."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_7_ground_character.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]  

7.8. Planungskomponente 8: Gebäudegrundriss -  plan form - แผน

"Level Eight: Plan Form

Prime Parameters: Radiation, Air movement


Different plan forms have different perimeter to area ratio

Other Parameters:

Climatic Implications

The plan form of a building affects the airflow around and through it. It could either aid or hinder natural ventilation. The perimeter to area ratio of the building is an important indicator of heat loss and gain. It, therefore plays a role in ventilation, heat loss and heat gain.

Theoretical Understanding

As stated earlier, physical obstacles in the path of airflow create pressure differences. This causes a new airflow pattern. Air tends to flow from high pressure areas. knowing the direction of air movement, the plan form can be determined also as to create high pressure and low pressure areas. Building openings connecting the high pressure areas to low pressure areas would cause effective natural ventilation. In the case of radiative gains or losses, the perimeter is a crucial factor. However, it goes without saying that a large building would have a greater perimeter than a very small building. To be able to make a real comparison we need to consider the perimeter to area ratio and not just the perimeter. A large perimeter to area (P/A) ratio means that the same area would be bound by a much smaller perimeter. A small P/A means that the same area would be bound by a much smaller perimeter. Greater the P/A ratio the greater the radiative heat gain during the day and the greater the heat loss at night. Similarly, smaller the P/A ratio, the lesser will be the heat gain during the day and the lesser the loss at night. Thus, the P/A ratio is an important factor in controlling heat gain and loss.

Building Design

In hot climates the P/A ratio should be kept to a minimum. This would cause minimum heat gain. Plan form for enhancing ventilation is not a compelling proposition as breezes are often quite warm. In cold climates too the P/A ratio should be minimal. This ensures minimum heat loss. Heat gain can often be achieved by solariums etc. In warm-humid climates the prime concern is a plan form for maximizing air movement. Here too, minimizing the P/A ratio is useful as it minimizes heat gain."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_8_plan_form.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.9. Planungskomponente 9: Integration der Umwelt - plan elements


Abb.: Beste Standorte für Schatten- und Windschutzbäume
[Bildquelle: http://www.epa.gov/heatisland/resources/pdf/TreesandVegCompendium.pdf. -- Zugriff am 2009-06-26. -- Public domain]

"Level Nine: Plan Elements

Prime Parameters: Air movement, Radiation and Air temperature


Integration of vegetation in the building to minimize heat gain


Courtyard atrium: Integration of operable glazing at the roof level allows the courtyard to be converted into a heat trap in winter.


Heat trapping systems: Glazing traps heat and the space created could serve as a greenhouse or contain a water body. A water body would act as a thermal mass-storing heat in the day and reradiating in the night.


Wind catchers

Other Parameters: Humidity, Daylight

Climatic Implications

The role of vegetation, water bodies, radiative heat gain and air movement have been seen at the overall site level. These elements could be integrated with the building or the building complex for further benefits. In a sense, they can become elements of the design. Water bodies and vegetation help in cooling a space by evaporation and the absorption of heat. Water bodies and greenhouses also aid in space heating. Courtyards, and in certain cases, wind-towers cause heat loss and enhance ventilation. Thus, plan elements can help in heating, cooling and even ventilation.

Theoretical Understanding

Water bodies: As mentioned earlier, water bodies are effective means of evaporative cooling. A high specific heat allows water to absorb a comparatively large quantity of radiation. This also aids in cooling. On the other hand in cooler climates it can act as a heat storage material, especially when enclosed by glazing. Vegetation: It has already been seen that vegetation can absorb radiation and therefore, effect cooling. A greenhouse does just the opposite. It traps heat and helps in warming. Courtyards and Verandas: These can lead to very airy structures especially when seen in conjunction with the fenestration. Air movement would be desirable in warm-humid conditions. Shaded courtyards can be quite effective as reservoirs of cooler air in hot climates. At night, cool air tends to collect in the court.

Building Design

In hot climates, it is very desirable to integrate plant and vegetation, wherever possible, into the plan form. Gardens, roof gardens and planters on windows and shades could well reduce heat gain. If water bodies can be integrated, that too would be beneficial. Further, shaded courtyards would lead to lower air temperatures. In the cooler season also, roof gardens would be desirable. However, water bodies would either have to be drained or enclosed by glazing. Shaded courtyards would, however, become uncomfortable cold. They should either be avoided where winters are severe or have operable glazing at the roof level. Screening off by glazing would cut off cool air and increase heat gain. Fixed glazing would, however be highly inappropriate as during summer it would lead to uncomfortable over heating. In cold climates, heat gain is the primary aim. Greenhouses and glass boxes are very effective heat traps. While vegetation is not crucial in this heat trap, water bodies can be useful. In humid climates courtyards and verandas aid in ventilation. Wind catchers, objects of much interest, may also be employed. However, they have to be used with care. They are really effective only when there are strong (often directional) and cool breezes. Such areas are often coastal regions. Here, the sea breeze in the evening is strong, directional and cool. In hot-dry climates where even night breezes might be warm in summer, they are of little use.

Other Implications

As mentioned earlier, water bodies and vegetation can make warm climates uncomfortable due to the humidity. Further, vegetation and water bodies may exclude daylight or cause glare respectively."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_9_plan_elements.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.10. Planungskomponente 10: Ausrichtung des Gebäudes - building orientation

"Level Ten: Building Orientation

Prime Parameters: Radiation, Air movement

Other Parameters:

Climatic Implications

The building orientation determines the amount of radiation it receives. The orientation, with respect to air patterns, affects the amount of natural ventilation possible.

Building Design

In the northern hemisphere it is generally understood that north faces receive minimum direct radiation and south faces receive the maximum. This however is not entirely true. For instance, at 28 deg N on June 22nd the sun is mostly in the northern hemisphere. An examination of solar charts would reveal that a northern orientation receives little radiation in summers only for latitudes that are sufficiently far from the equator, in fact north of 32 deg N. In other words, while Southern faces receive more radiation in winter."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_10_building_orientation.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLIcense]

7.11. Planungskomponente 11: Verhältnis Oberfläche zu Rauminhalt - surface area to volume ratio

"Level Eleven: Surface Area to Volume Ratio

Prime Parameters: Radiation


Minimizing the surface area to volume ratio minimizes heat transfer.

Other Parameters:

Climatic Implications

The surface area to volume (S/V) ratio (the three dimensional extrapolation of the P/A ratio) is an important factor determining heat loss and gain.

Theoretical Understanding

The greater the surface area the more the heat gain/ loss through it. So small S/V ratios imply minimum heat gain and minimum heat loss.

Building Design

In hot dry climates S/V ratio should be as low as possible as this would minimize heat gain. In cold-dry climates also S/V ratios should be as low as possible to minimize heat losses. In warm-humid climates the prime concern is creating airy spaces. This might not necessarily minimize the S/V ratio. Further, the materials of construction should be such that they do not store heat."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_11_surface_area_to_volume_ratio.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.12. Planungskomponente 12: Dachform - roof form - หลังคา


Abb.: Dachform eines traditionellen Zentral-Thai-Hauses, Damnoen Saduak - ดำเนินสะดวก, Ratchaburi - ราชบุรี, Thailand - ประเทศไทย
[Bildquelle: Oakmonster(TM). -- http://www.flickr.com/photos/oakmonster/3118446024/. -- Zugriff am 2009-06-26. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, keine Bearbeitung)]

"Level Twelve: Roof Form

Prime Parameters: Air movement, Day lighting


Various roof forms and their areas of exposure


Roof as a light source


Basic roof forms and their effect on ventilation

Other Parameters: Radiation

Climatic Implications

The roof can be used as a source of daylight into the building. Its form and overhangs also affect air movement patterns. They can either increase or decrease the scope for natural ventilation.

Theoretical Understanding

Daylight can be obtained by either a horizontal (un shaded) or vertical (shaded) roof lights. In hot climates un shaded roof lights would be quite undesirable as they would further add to the heat gain. By varying the roof projections with respect to the building width pressure differences between the windward side and leeward sides could either be increased or decreased. This would increase or decrease natural ventilation.

Building Design

In any climatic context, the roof can be relied upon as a means to enhance the light levels indoors. The nature of the roof light would change with the climatic context. In overheated areas, roof lighting would be shaded to prevent heat gain. In under heated areas roof lighting would be unshaded making it a supplementary source of heat. In hot as well as in cold climates the aim is to minimize natural ventilation. In order to minimize this, the building should have as flat a roof as possible and the building width, in the direction of airflow should be as large as possible. In warm-humid climates, natural ventilation is very desirable. The building should, in such a case, have its longest dimension perpendicular to the direction of airflow. Further, the roof overhangs and pitch should be as high as possible. This would result in the maximum pressure difference and consequently maximum airflow."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_12_roof_form.html . -- ZUgriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.13. Planungskomponente 13 (+14): Fenstergestaltung - fenestration pattern and fenestration configuration 


Abb.: Gute Fenstergestaltung: die Anordnung der Fenster gewährleistet eine stete Durchlüftung: "Palast der Winde" Hawa Mahal - हवा महल, Jaipur - जयपुर, Rajasthan - राजस्थान, Indien - ประเทศอินเดีย
[Bildquelle: Hans A. Rosbach / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]


Abb.: Fensterbeschattung durch Verandas, KTM Building (Malayan Railway Administration Building), Kuala Lumpur, Malaysia - ประเทศมาเลเซีย
[Bildquelle: nonofarahshila [BeRightBack]. -- http://www.flickr.com/photos/n-o-n-o/3565901224/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]

"Level Fourteen: Fenestration Configuration

Prime Parameters: Radiation, Air movement, Day light


Effect of window position on light and ventilation. High windows act as ventilation points and also allow for the best distribution of light from overcast skies. Low windows do not allow much ventilation but allow an even distribution of ground reflected light. Middle windows allow for even ventilation but does not distribute the light as well. Light shelves allow for this .


Window shades for hot climates


Thumb rules for fenestration configuration


An ideal case fenestration positioning : Openings (windows), are placed on two external walls with the door on one internal wall. If air is incident on any of the external windows, then the fenestration configuration not only ensures a good distribution of air but also has a larger outlet area than inlet area. If the air is incident on any of the other walls then the door could act as the inlet into the room. Once again the outlet would be larger than the inlet and the configuration would allow good air distribution.


Effect of window location on indoor air motion

Other Parameters:

Climatic Implications

The fenestration pattern and configuration involve the area, shape, location and relative positioning of the windows. This would affect the air movement, daylight and glare indoors. If unshaded, the area would also affect radiative heat gain.

Theoretical Understanding

That the area of the opening should affect air movement and daylight is understandable. After all, it directly affects the amount of light and breeze allowed in. The location of the opening (defined by the sill and lintel levels) also affect s ventilation. This is because temperature differences cause air to rise. Openings at higher levels, therefore, aid airflow. This is known as 'stack effect'. The position of the opening affects the distribution of light indoors as it affects internal reflections. So equal size openings at the floor level, window level and ceiling level distribute the light differently. Theoretically an opening could have any shape. For our purposes, however, we are concerned with basically two categories-narrow and long openings and not narrow or broad openings. The first is typified by a strip window, the second by a square or circular one. Due to their dimensions they would affect internal air speeds. This would also affect light distribution indoors.

Building Design

In hot-dry climates windows need to be appropriately shaded. It is preferable if they are small in area. Being a sunny zone, smaller openings would allow sufficient daylight. Airflow need not be encouraged since daytime air is hot. Due to low night temperatures natural ventilation may be desirable. Window sizes, if increased for this purpose , must be efficiently shaded from radiative heat gain. High openings or ventilators would be effective as heat vents. In warm-humid climates, fenestration areas should be large to facilitate ventilation. Large overhangs would be desirable in cutting off diffuse solar radiation. The fenestration height should be such that there is a good distribution of airflow over the human body. Lower sill levels might, therefore be preferable. In cold climates fenestration should be large, un shaded but sealed. This would enable heat gain but reduce cool breezes. Fenestration location would be of little consequence. In composite zone where all three conditions may occur, window shades hold the key. The shades must cut off summer sun but permit winter heat gain. The window area would be determined by the duration of each season. If the winters or humid season is long, large windows are preferred. Window location makes a difference to the quality of light obtained indoors. High windows (ventilators) provide the best distribution of the direct and diffuse light. However, they also maximize the potential for glare and should have baffles. Low windows allow ground reflected light. Light being reflected from the ceiling provides the most uniform ventilation. The middle located window, in comparison, distributes neither sky light nor ground reflected light well. Some basic thumb rules can be followed, in the positioning of windows, to enhance air movement. Windows should be staggered rather than aligned (unless the incident wind is already at an angle) Partitions should not be placed near windows causing an abrupt change of wind direction. Similarly, windows on adjacent walls should preferably not be so placed as to cause an abrupt change of wind direction. It has been said earlier that indoor air speeds are greater if outlets are larger than inlets. It would be desirable to provide every room with windows on at least two walls. Each room would need to have a door, this should be on a third wall. If the natural wind is incident on any one of the windows, the other window and the door will act as outlets (of a greater area). Not being aligned, the airflow indoors would be better distributed. If the outside air is incident on both windows then the large volume is itself likely to make the condition comfortable. The wind direction may not be incident on either of the opening but on a window in another room. In such a case, the door acts as the inlet. The two windows (now outlets) would lead to a good airflow. If their total area is greater than the door then the air velocity would also be increased. If only one external (or free) wall exists it might be preferable to provide two windows on it rather than one. This would improve the ventilation when the air is incident angularly on the windows.

Other Implications

In cold climates heat loss through the window at night can be substantial. Window areas would be limited by this as well. Heat gain system like the trombe-wall and solar wall address just this issue. While they allow for heat gain during the day, heat loss at night is minimized."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_13_fenestration_configuration.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]


Abb.: Mashrabiya bzw. Shanashil - مشربية or شناشيل‎, Kairo - ‏القاهرة‎, Ägypten - ‏مصر - ประเทศอียิปต์, erbaut 1648
[Bildquelle: Gérard Ducher / Wikipedia. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, share alike)]

"Mashrabiya bzw. Shanashil (arab.) (مشربية or شناشيل‎) nennt man in der traditionellen arabischen Architektur dekorative Holzgitter vor Fenstern der Häuser und Paläste. Sie werden meist aus geschnitzten oder gedrechselten Holzstücken zusammengesetzt, die zu geometrischen Mustern angeordnet sind. Sie dienen dem Sonnenschutz und der Belichtung, der Belüftung der Wohnung und der Wahrung der Privatsphäre. In Wohnhäusern werden sie ab dem zweiten Geschoss verwendet. Ähnlich einer Jalousie erlauben sie den Blick nach draußen, ohne den Betrachter selbst erkennbar werden zu lassen. Die häufig vorkommende Ausbildung als Erkerfenster begünstigt den Ausblick. Die offene Bauweise lässt im Innenraum einen kühlenden Luftzug entstehen."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Mushrabije. -- Zugriff am 2009-06-25] 

7.14. Planungskomponente 14: Fensterausrichtung - fenestration Orientation

"Level Fourteen: Fenestration Orientation

Prime Parameters: Radiation received, Air movement

Other Parameters:

Climatic Implications

The orientation of the fenestration determines the amount of radiation incident on the opening. The orientation with respect to the air pattern could increase or decrease natural ventilation.

Theoretical Understanding

Orientation with respect to solar geometry has been dealt with earlier . To obtain a good distribution of airflow within a building the wind direction and inlet to outlet direction should not be the same. This would lead to better air circulation. If they are in a straight line then the airflow will simply be through the room without much circulation.

Building Design

In hot-dry climates the fenestration should be oriented north. In cold climates they should be facing south. In humid climates they should be within 45 deg of the perpendicular to the direction of airflow. the inlet and outlet not be in a straight line, in order to maximize airflow."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_14_fenestration_orientation.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.15. Planungskomponente 15: Fensterregulierung - fenestration controls


Abb.: Fensterschirme, Singapur - ประเทศสิงคโปร์
[Bildquelle: rgarzamarcos. -- http://www.flickr.com/photos/rgarzamarcos/201889845/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]


Abb.: Steinfenster: lässt Luft durch, hält Sonne ab
[Bildquelle: Jeremy Levine Design. -- http://www.flickr.com/photos/jeremylevinedesign/2815670676/ . -- Zugriff am 200#-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung)]


Abb.: Die Läden richten sich automatisch entsprechend dem Sonnenstand  und der Jahreszeit: Council House 2, Westfassade, Melbourne, Australien - ประเทศออสเตรเลีย
[Bildquelle: its_daniel. -- http://www.flickr.com/photos/its_daniel/648770249/ . -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Level Fifteen: Fenestration Controls

Prime Parameters: Radiation, Air movement, Day light


Light Shelves: devices and forms. Light shelves distribute light evenly inside a room.


Window shades for composite zones

Other Parameters:

Climatic Implications

Glazing, shades, light shelves, fly wire nets and the cross-sectional area of the windows can be important controls. They trap solar radiation, cut it off, increase daylight level, keep out insects (in the process reducing air speed) and modify air velocities. They are, therefore, able to affect and control heat gain, daylight and ventilation.

Theoretical Understanding

Glazing is the most commonly used control device for trapping solar radiation. It can be a major cause of heat gain, desirable or undesirable. Shades, vertical and horizontal, control radiative heat gain. The solar altitude and azimuth during the overheated period can be determined. There from, the projection of the horizontal and vertical shades can be adjusted so as to cut off the sun. Similarly, it can be ensured that during under heated periods the sun is allowed in. Light shelves are horizontal projections in a window. They can be inside, outside or partly within and partly within and partly outside the glazing. With reflective upper surface it brings more light into the rear of a room. They can also function as horizontal shades cutting off the vertical sun. Fly wire nets are intended as control devices for insect. However, they also reduce the air velocity indoors. Window cross section affects fluid flow velocities. Increasing the area of cross section decreases the speed and vice versa. Air speeds can thus be enhanced or reduced.

Building Design

In hot climates, if glazed windows are used then they need to be shaded from the sun. Light shelves would be unnecessary. If the climate is consistently hot, the window section can be increased towards the interior to decrease the air speed. In cold climates, optimum glazing is advisable. Shading of the window is undesirable. Light shelves, if needed, would be very effective due to the low sun angle. window section should, once again, be such that air velocity is reduced. In warm-humid climates window shades are not also much of an issue since solar radiation is largely diffuse. Fly wire nets are all the more necessary due to the insects that thrive under these conditions. The major need, that of increased ventilation, can be achieved by modifying the window section. In composite climates, we would need to design shades that cut off sun in the summer but allow the sun in the under heated period. Further, the window section should enhance air velocity while still acting as a shade. This could be achieved either by introducing a planter at the window sill or else by adding smaller shades at the glazing."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_15_fenestration_controls.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.16. Planungskomponente 16: Wände - walls  - กำแพง


Abb.: Wandbegrünung, Bali, Indonesien - ประเทศอินโดนีเซีย
[Bildquelle: CeeKay's Pix. -- http://www.flickr.com/photos/ceekay/2062390448/. -- Zugriff am 2009-06-25. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

"Level Sixteen: Walls

Prime Parameters: Radiation


wall types


Wall systems to maximize heat gain

Other Parameters:

Climatic Implications

As in the case of roofs, wall materials are a major factor to consider in heat flow studies. As far as materials are concerned, what applies to roofs is valid for walls as well. The difference is that more direct radiation is incident on the roof than the wall. in colder climates walls can also be used for indirect solar heating.

Theoretical Understanding

There is more to walls than just their material. Cavity walls with air spaces of about 5cm between the two layers reduce heat transmission. Further, the greenhouse effect is used to trap solar heat. A material like glass is transparent to the direct short wave radiation from the sun but opaque to the reflected long wave radiation. as a result, though heat is radiated inwards, it is not reradiated outwards. Thus, a steady heat build-up takes place. In a 24 hour cycle, radiative heat gain takes place only during the sunshine hours. At other times, though radiative heat loss does not occur, conductive heat loss take place since glass has a very high U-value. This is especially true of colder climates where external temperatures may be much lower at night. Therefore, while glazing can act as a heat trap it also causes significant losses at other times. Attempts have been made to circumvent this problem. The approach is simple and is exemplified by the Trombe Wall. The material of the wall is separated by a 5 to 10 cm air gap from an external glazing. Heat is trapped by the glazing and the air heats up. Vents are provided at the bottom and top of the wall allowing air movement. Thus, hot air is distributed to the room. At night-time the wall reduces heat losses. A variation of the trombe-wall is the solar wall. It is similar in every way except that it has no air vents. In this case, the wall gets heated up during the day and radiates the heat inwards after sunshine hours. In terms of the effect, the two vary in time period when the heat is transmitted inwards. In spite of the glazing, neither of these allow visual connection with the outside. This is where the water wall or the translucent wall is different. A water wall is essentially a glass encasement containing water. As mentioned earlier, water has a high specific heat, a little more than twice that of concrete. A water wall of equal thickness would absorb twice as much heat as concrete for an equal rise of temperature. So, it would steadily reradiate heat for a longer time. Further, it also allows daylight indoors. However, baffles must be provided in the wall to minimize convection currents which could increase heat loss.

Building Design

Wall materials, like roof materials should be of low U-values in hot and in cold climates. In warm-humid climates walls should have a low thermal capacity. The trombe, solar and water walls are effective means of heat gain in cold climates."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_16_walls.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.17. Planungskomponente 17: Dachmaterial - roof materials


Abb.: Abhängigkeit der Strahlungsreflexion und Wärmeabgabe von Dächern in Abhängigkeit von Material und Farbe
[Bildquelle: http://www.epa.gov/heatisland/resources/pdf/CoolRoofsCompendium.pdf. -- Zugriff am 2009-06-26. -- Public domain]
 


Abb.: Wellblechdach, Sykhet - সিলট, Bangladesh - বাংলাদেশ - ประเทศบังกลาเทศ: Wellblech ist zwar dauerhaft und wetterbeständig, hat aber eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, dadurch heizt die Hütte buchstäblich auf
[Bildquelle: bongo vongo. -- http://www.flickr.com/photos/jabbarman/17586898/. -- Zugriff am 2009-06-24. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, shre alike)]


Abb.: Bali House, Kiholo Bay, Hawaii, USA
[Bildquelle: brewbooks. -- http://www.flickr.com/photos/brewbooks/2407630993/ . -- Zugriff am 2009-06-25. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]

"Level Seventeen: Roof Materials

Prime Parameters: Radiation received

Other Parameters:

Climatic Implications

Roof materials determine the amount of heat transfer through the roof inwards or outwards as well as the time taken for this heat transfer to take place.

Theoretical Understanding

Each material has a characteristic specific heat. When it comes to heat exchanges we are concerned with both the specific heat of the material and the amount (or mass) of the material. The product of mass and specific heat, is known as the thermal mass. While the specific heat is a property of the material, the thermal mass depends on the amount of the material as well. The thermal mass (or capacity) is an indicator of the heat storing ability of a material. Heat flow through materials is determined by the conductance and resistance of the material. What we need to know is the heat flow from or to a space. For this we need to know the air to air resistance of materials. So we need to take into account not just the resistance of the material but also that of the air film at the surface of the material. The reciprocal of the air to air resistance is known as the transmittance or U-value of the material. It is the U-value which is most commonly used. Two points have to be made. One, when heat flows through a material, a certain amount of heat is absorbed by the material. Two, heat flow is not instantaneous but depends on the U-value and thickness of the material. Therefore, for any material of a given thickness, there is a certain amount of time lag before the heat is transmitted. Since some of the heat is absorbed, not all of it is transmitted. This leads us to two other significant properties of materials-the time lag and the decrement factor. The time lag is the time difference between the maximum outdoor and maximum indoor temperatures and the decrement factor is the ratio between the two. Therefore, specific heat and transmittance are values intrinsic to a material. Depending on its thickness we can know the amount of heat absorbed and transmitted and the time taken for this transmission.

Building Design

In hot and cold climates the roof should have a low transmittance value. This would ensure maximum heat gain and heat loss, respectively. Using insulation would minimize the heat stored by the roof. However, in the absence of insulation, a low U -value would generally imply a high thermal capacity. In warm humid climates heat storage is undesirable. The roof should, therefore, be light, probably having high U-values and low heat capacities."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_17_roof_materials.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.18. Planungskomponente 18: Farben und Textur der Außenoberflächen - external colours and textures - สี และ เนื้อผ้า


Abb.: Einfluss der Farbe auf die Oberflächentemperatur (unten Thermographie): die weiße Fläche ca 3 - 5°C kälter als die umgebende, dunklere Wand (Albedoeffekt)
[Bildquelle: http://www.epa.gov/heatisland/resources/pdf/CoolRoofsCompendium.pdf. -- Zugriff am 2009-06-26. -- Public domain]


Abb.: Weiße Außenflächen und Dächer reflektieren Strahlung und absorbieren wenig Strahlungswärme: Haus in Saratoga, Kalifornien, USA
[Bildquelle: SWoo. -- http://www.flickr.com/photos/swoo/3189353808/ . -- Zugriff am 2009-06-26. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung, share alike)]


Abb.: "Potential net energy savings from changing roof reflectivity. Savings are measured in dollars. Note that the net savings are the savings of cooling energy use less the penalties of heating energy use."

[Bildquelle: http://eetd.lbl.gov/HeatIsland/CoolRoofs/. -- Zugriff am 2009-06-26. -- da gov. vermutlich public domain]


Abb.: "Solar reflectivity is measured according to ASTM E903. Traditional roofing materials have an SRI of between 5% (brown shingles) and 20% (green shingles). White shingles with SRI's around 35% were popular in the 1960s, but they lost favor because they get dirty easily. The current trend is to make white shingles more reflective."

[Bildquelle: http://eetd.lbl.gov/HeatIsland/CoolRoofs/. -- Zugriff am 2009-06-26. -- da gov. vermutlich public domain] 

"Level Eighteen: External Colours and Textures

Prime Parameters: Radiation

Other Parameters:

Climatic Implications

The surface characteristics affect heat transmission into the building.

Theoretical Understanding

This is easy to understand. The color of surface affects its reflectivity and, therefore, the heat is absorbed. The surface texture could vary from smooth to rough. A rough textured surface (for example a grit finish with large aggregate size) causes self shading. It also increases the area for re radiation. In comparison, a flat surface allows greater heat transmission. However, a smooth flat surface would be more reflective. This again would minimize heat gain. Similarly, a light color would be more reflective while a dark color would be more absorptive.

Building Design

In hot climates surface colors should be light while textures should be rough. This will result in greater reflectivity, shading and re radiation. If a rough texture is not possible then a smooth surface would be preferable. In cold climates surface textures should be dark and flat though not smooth. This would ensure maximum absorption and minimum shading and re radiation. In warm-humid climates, again, the aim would be to minimize heat gain. Light colored and rough surfaces therefore, are preferable."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_18_external_colours_and_textures.html . -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.19. Planungskomponente 19: Material der Einrichtung - internal materials - ภายใน


Abb.. Möbel aus Rattan - หวาย: leicht, luftig, bequem und umweltfreundlich, Malacca - Melaka - รัฐมะละกา
[Bildquelle: cactusbeetroot. -- http://www.flickr.com/photos/cactusbeetroot/322719786/ . -- Zugriff am 2009-06-13. -- Creative Commons Lizenz (Namensnennung, keine kommerzielle Nutzung)]

"Level Nineteen: Internal Materials

Prime Parameters: Heat gain, absorption and storage

Other Parameters:

Climatic Implications

Internal materials, primarily furniture, can store much heat making conditions more comfortable or uncomfortable.

Theoretical Understanding

Different materials have different values of specific heat. So the thermal capacity of different types of furniture items would be different.

Building Design

In hot climates and warm-humid climates, furniture should be as light so possible so that it does not store heat. In cold climates, on the other hand, heavy furniture is preferable."

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_19_internal_materials.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]

7.20. Planungskomponente 20: Innenoberflächen - internal finishes

"Level Twenty: Internal Finishes

Prime Parameters: Heating and Daylight

Other Parameters:

Climatic Implications

The internal finishes of a space would affect the daylight levels indoor. Under certain conditions it would also affect heat loss.

Theoretical Understanding

The reflectance of internal surfaces would affect daylight levels. Further, the reflectivity (or emissivity) of radiation would affect heat losses when the V-value of the material is low.

Building Design

Internal reflectance should be as per the desired daylight conditions"

[Quelle: http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/interactive/matrix/level_20_internal_finishes.html. -- Zugriff am 2009-06-22. -- GNU FDLicense]