Großflächig verglaste, mehrgeschossige Atrien und Foyers sind ein häufiges Architekturelement in heutigen Büro-, Verwaltungs- und Laborgebäuden. Jedoch sind sie im Sommer wie im Winter raumklimatisch oft nicht unproblematisch und daher ein Standardthema für Simulation. Kritische Themen sind einerseits die sommerliche Überhitzung im Bereich der oberen Geschosse, andererseits Kaltluftabfall und Tauwasserbildung im Winter. Durch geeignete Wahl der Gläser, außen- oder innenliegenden Sonnenschutz, natürliche Warmluftabfuhr im Dachbereich, natürliche Lüftung manchmal in Verbindung mit einem Luft/Erdreich-Wärmetauscher, Bauteilkühlung und andere Maßnahmen kann die sommerlichen Situation verbessert werden. Für den Winterfall kann eine Fassadenbeheizung, ggf. auch eine Glasdachbeheizung, eine mechanische Lüftung mit geeigneten Zu- und Abluftdurchlässen helfen. Welche der genannten Maßnahmen zielführend sind hängt jeweils vom Einzelfall ab.
In der Regel empfiehlt sich eine parallele Betrachtung mittels Thermischer Gebäudesimulation und Strömungssimulation. Dabei liefert die Thermische Gebäudesimulation Informationen über die Temperaturentwicklung im Jahresverlauf auf den verschiedenen Geschossebenen. Für die Abklärung eines eventuellen Kaltluftabfalls ist eine Strömungssimulation erforderlich. Mittels kombinierter Anwendung beider Werkzeuge kann jeweils ein Optimum hinsichtlich Komfort und Energieeffizienz gefunden werden.
Ausgewählte Referenzen
Bauherr und Auftraggeber
Vermögen und Bau Baden-Württemberg
Baumaßnahme
Neubau eines mehrgeschossigen Hochschulgebäudes der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Fakultät Technik in Stuttgart
Projektzeitraum
2014-2015
Leistung
Thermische Gebäudesimulation und Strömungssimulation des Atriums und diverser Musterräume zur Optimierung des Gebäudekonzepts und Beurteilung der thermischen Behaglichkeit
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Architekturvisiualisierung (3XN) -
Architekturvisiualisierung Atrium (3XN) -
Gebäudemodell für Strömungssimulation in 3D -
Strömungssimulation: operative Raumtemperatur im Sommer -
Strömungssimulation Kaltluftabfall im Atrium (Winter) -
Strömungssimulation: Temperaturen an der Aussenfassade -
Strömungssimulation: Zugluftrisiko in einem Vorlesungsraum -
Thermische Gebäudesimulation: Temperaturverlauf im Sommer
Das Zentrum des Neubaus, welches nach DGNB-Silber zertifiziert werden soll, bildet ein mit einem Glaskuppeldach überspanntes sechsgeschossiges Atrium. Um das Atrium sind Vorlesungs-, Praktikums-, Labor- und Werkstatträume, sowie Mitarbeiterbüros angeordnet. Mittels Simulationsberechnungen wurden u. a. die Fassade, das Glaskuppeldach sowie Lüftungs- und Heizungskonzept hinsichtlich des thermischen Komforts optimiert. Damit konnten schon in der frühen Planungsphase Problemstellungen wie winterlicher Kaltluftabfall im Atrium und an Fassaden und sommerliche Überhitzung gelöst werden. Weiterhin dienten diverse Teilergebnisse als Bewertungsgrundlage für Teilkriterien der DGNB-Bewertung.
Bauherr und Auftraggeber
Clariant Produkte Deutschland GmbH
Baumaßnahme
Neubau eines mehrgeschossigen Büro- und Laborgebäudes mit drei Atrien
Projektzeitraum
2011 - 2012
Leistung
Thermische Gebäudesimulation und Strömungssimulation zweier Atrien zur Beurteilung und Optimierung der thermischen Behaglichkeit
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Neubau Clariant Innovation Center (CIC) in Frankfurt (a. M.), 2011 -
Modellansicht Thermische Gebäudesimulation -
Simulationsmodell CFD -
Strömungsbahnlinien Oberlicht -
Vertikale Temperaturschichtung
Die großflächig mit Glasdächern überdachten Atrien sind nicht nur Verkehrsflächen, sondern stellten als Aufenthalts- und Kommunikationsbereiche einen höheren Anspruch an die thermische Behaglichkeit. Schwerpunkte der Simulationen waren ein eventueller winterlicher Kaltluftabfall unterhalb der Glasdächer sowie eine eventuelle sommerliche Überhitzung der oberen Geschosse. Im Projektverlauf wurden u. a. die Verglasungsparameter (U-Wert, g-Wert) und die Anordnung von Heiz- und Kühlflächen optimiert; so konnte für den Winterfall wie auch den Sommerfall ein behagliches Raumklima sichergestellt werden.