Eisblockwette im Rahmen der Passivhaustagung 2016

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1 Eisblockwette im Rahmen der Passivhaustagung 2016 Eisblockwette - worum geht es? 2 Boxen 2 x 300 kg Eis 1 Woche 2 Boxen eine entspricht dem Passivhaus-Standard (Plusbox) und eine weist eine Standarddämmung auf (Minusbox) werden im April auf dem Luisenplatz aufgebaut und jeweils mit 300 kg Eis befüllt. Was passiert in einer Woche? Die Wette: Kann man nach einer Woche einen Unterschied an der Eismenge von Minusbox und Plusbox erkennen? Falls ja, wie groß ist die Differenz? Der Gewinn: Die Schulklasse oder Schülergruppe mit der besten Vorhersage sowie mit der kreativsten Lösung bekommt jeweils einen Gutschein für eine Runde Eis für die ganze Klasse.

2 Detaillierte Aufgabenbeschreibung Wie viel Eis in den einzelnen Boxen schmelzen wird, weiß bisher niemand. Aber durch ein paar Überlegungen und Annahmen kann die Menge an geschmolzenem Eis einfach geschätzt werden. Dies ist mit Informationen zum Aufbau der Boxen zum Experiment zum Wetter über bauphysikalische Grundlagen leicht möglich. Als Hilfestellung werden im Folgenden, neben detaillierten Informationen zum Experiment, auch einige Grundlagen zur Berechnung von Wärmeverlusten dargestellt und Leitfragen zur Aufgabe aufgeführt. Details zum Experiment: Die Boxen werden auf dem Luisenplatz in der Südwest-Ecke (an der Sparkasse) mit Fenster in Richtung Osten aufgestellt. Die Minusbox und die Plusbox unterscheiden sich nur in der Dämmung der Wände und der Qualität der Fenster. In beide Boxen werden je ca. 300 kg Eis gelegt. Könnt ihr das Ergebnis vorhersagen?

3 Eisblockwette Aufbau Boxen Die Skizze rechts zeigt die Außenmaße (in mm) sowie Lage und Größe des Fensters der Boxen. Die Dämmung mit Zellulose ist an allen Seiten (Wände, Dach, Boden) jeweils gleich dick: Minusbox: Plusbox: 80 mm 365mm 732 Die Wärmeleitfähigkeit von Zellulose beträgt λ = 0,04 W/(mK) Die thermische Qualität der Fenster ist wie folgt: Minusbox: U Fenster = 2,96 W/(m²K) Plusbox: U Fenster = 0,85 W/(m²K) 1800

4 Leitfragen Die Beantwortung folgender Fragen sollte Euch bei der Suche nach einer realistischen Lösung helfen: 1. Wie viel Energie wird zum Schmelzen von Eis benötigt? a) Welche Temperatur hat das Eis beim Einlagern? b) Wieviel Energie muss zum Schmelzen von 1 kg Eis aufgebracht werden? c) Welche Temperatur herrscht in der Box? 2. Wie viel Wärme kommt durch Wände und Fenster in die Boxen? a) Wie groß ist die Oberfläche der Boxen? b) Wie dick sind die Boxen gedämmt? (8 cm bzw. 36,5 cm) c) Wie ist die Wärmeleitfähigkeit von Zellulose? d) Welche Eigenschaften des Fensters sind relevant? e) Welche Außentemperaturen sind während der Messung zu erwarten? f) Welchen Einfluss hat die Sonne?

5 Bauphysik: Wärmestrom durch eine Wand Transmissionswärme Q T = Wandfläche A * U-Wert * Zeitdauer t * T Q T = A * U * t * T Beispiel: 1 m² * 0.1 W/(m²K) * 7 d * 24 h/d * 12 K= 201,6 Wh T ist die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, gemittelt über die Dauer des Experiments

6 Bauphysik: Berechnung Wärmedurchgangskoeffizient (U-Werte) Der Wärmedurchgangskoeffizient beschreibt den Wärmestrom in W/(m²K) durch ein Bauteil pro Kelvin Temperaturdifferenz und pro Fläche. Er ergibt sich aus dem Kehrwert der Summe der Wärmedurchgangswiderstände R. Der Wärmedurchgangswiderstand eines Materials mit der Schichtdicke d und der Wärmeleitfähigkeit λ beträgt R = d/λ. 1 1 d 1 d 2 d 3 U = = R T R si + d 1 /λ 1 + d 2 /λ 2 + d 3 /λ 3 + R se R Material 1 Material 2 Material 3 si R se Wärmeübergangswiderstand zwischen Oberfläche und umgebender Luft [m²k/w] Richtung des Wärmestroms: aufwärts horizontal abwärts R si (innen) R se (außen)

7 Typische Klimabedingungen Außentemperatur Die Außentemperatur hat einen entscheidenden Einfluss auf den Wärmestrom in die Boxen. Hier dargestellt sind die langjährigen Monatsmittelwerte der Außentemperatur für Darmstadt. Der Wert für April beträgt 10,6 C. Alternativ könnte auch die Wettervorhersage für den Zeitraum angesetzt werden. 25,0 Mittlere Außentemperatur, Darmstadt Mittlere Außentemperatur [ C] 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Monat

8 Das Passivhaus Das Besondere am Passivhaus ist sein sehr niedriger Heizenergiebedarf. Dieser wird durch das Zusammenwirken von 5 Grundprinzipien erreicht. Auf den nächsten beiden Folien stellen wir Euch die Grundprinzipien jeweils kurz vor. Zum besseren Verständnis folgt zuerst die einfache Erklärung der Prinzipien ohne bauphysikalische Parameter.

9 Das Passivhaus 5 Grundsätze 3. Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung: Passivhäuser werden über eine Komfortlüftung dauerhaft mit frischer Luft versorgt. Durch einen effizienten Wärmeübertrager werden über 80% der Wärme, die bereits im Haus ist, aus der Luft zurückgewonnen. 2. Passivhaus-Fenster: Wichtig sind die Dreifachverglasung sowie ein Passivhaus-geeigneter Fensterrahmen mit besonders guten Dämmeigenschaften. So wird die Sonne hereingelassen und die Winterkälte bleibt draußen. 4. Luftdichtheit: Ein Passivhaus besitzt eine rundherum luftdichte Außenhülle und schützt so die Bausubstanz. 1.Wärmedämmung: Diese ist bei Passivhäusern besonders hochwertig, ein Passivhaus ist circa cm gedämmt und hält ein Haus somit besonders gut warm, weil nur wenig Wärme nach außen dringen kann. 5. Wärmebrückenfreiheit: Wärmebrücken transportieren Wärme nach außen - Wärmebrückenfreie Anschlüsse verhindern, dass Wärme entweicht.

10 Das Passivhaus 5 Grundsätze (technisch) 2. Fenster: Passivhausfenster mit Dreifachverglasung sie sollen einen U-Wert von 0,80 W/(m²K) nicht überschreiten, bei g-werten um 50% (g-wert = Gesamtenergiedurchlassgrad) 3. Lüftungswärmerückgewinnung: Die Komfortlüftung bewirkt immer gute Luft und dient der Energieeinsparung 4. Luftdichtheit: Undichte Stellen durch unkontrollierte Fugen müssen beim Test mit Unter-/ Überdruck von 50 Pascal kleiner als 0,6 Hausvolumen pro Stunde sein 1. Wärmedämmung: Alle nicht durchlässigen Bauteile der Außenhülle des Hauses sind so gut gedämmt, dass sie einen Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von max. 0,15 W/(m²K) haben 5. Wärmebrückenfreiheit: Alle Kanten, Ecken, Anschlüsse und Durchdringungen müssen sorgfältig geplant und ausgeführt werden, um Wärmebrücken zu vermeiden

11 Weitere Informationen Informationen zu unserem Institut und zum Passivhaus gibt es hier: Passivhaus Institut: Informations-Gemeinschaft Passivhaus: Für weitergehende Informationen rund um das Thema energieeffizientes Bauen sei auf die Wissensdatenbank passipedia ( verwiesen. Gibt es noch Fragen zur Aufgabenstellung? Oder wird weitere Unterstützung benötigt? Dann schickt gerne eine Anfrage an folgende Adresse: (Stichwort Eisblockwette) Für telefonische Rückfragen steht euch Sabine Stillfried unter der Nummer 06151/ gerne zur Verfügung.