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Wärmeübertragung in Gebäudehüllen verstehen: Ein umfassender Leitfaden für Leitung, Konvektion und Strahlung

Die Gebäudehülle dient als kritische Barriere zwischen innen konditionierten Räumen und der äußeren Umgebung und spielt eine grundlegende Rolle bei der Bestimmung der Energieeffizienz, des Komforts der Bewohner und der Gesamtleistung einer Struktur. Die thermische Leistung von Gebäudehüllen ist die wichtigste thermische und physikalische Eigenschaft, die die Energieeffizienz beeinflusst. Das Verständnis der drei primären Arten der Wärmeübertragung - Leitung, Konvektion und Strahlung - ist für Architekten, Ingenieure, Bauherren und Gebäudeeigentümer von entscheidender Bedeutung, die energieeffiziente Strukturen entwerfen und konstruieren möchten, die den Energieverbrauch minimieren und gleichzeitig den Komfort maximieren.

Dieser umfassende Leitfaden untersucht jeden Wärmeübertragungsmodus im Detail und untersucht ihre Mechanismen, Implikationen für die Gebäudeplanung und praktische Strategien zur Optimierung der Wärmeleistung. Durch die Beherrschung dieser grundlegenden Konzepte können Baufachleute fundierte Entscheidungen über Materialauswahl, Bautechniken und Designstrategien treffen, die zu einer überlegenen Gebäudeleistung führen.

The Building Envelope: Fundament der thermischen Leistung

Die Gebäudehülle kann in drei Hauptteile unterteilt werden: Dach, Wände und Fundament. Diese Teile können als kleinere Teile angesehen werden, die zusammenwirken, um die Struktur eines Gebäudes zu stützen, wobei jedes Teil eine Rolle bei der Gesamtunterstützung spielt. Eine geeignete Barriere bietet Widerstand gegen Wind, Wasser, Hitze, Licht und Lärm und kann verschiedenen Klimabedingungen standhalten.

Die Hülle besteht aus verschiedenen Materialien wie Glas, Holz, Trockenbau, Furnier und anderen, die in einer Reihe von Verbundschichten auf einer Bauebene angeordnet sind, wobei jedes dieser Materialien einzigartige thermische Eigenschaften aufweist, die bei der Gestaltung der energieeffizientesten Struktur berücksichtigt werden müssen.

Eine Gebäudehülle wird oft als "dicht" oder "los" eingestuft, je nach Leistung, wobei lose Gebäudehüllen eine ungeregelte Luftübertragung ermöglichen, was die Luftqualität in Innenräumen verbessern und die Notwendigkeit einer zusätzlichen mechanischen Belüftung eliminieren kann, aber auch zu erhöhten Zugluft und Unannehmlichkeiten aufgrund von Schwierigkeiten bei der Regulierung einer konstanten Innentemperatur führt.

Leitfähigkeit: Wärmeübertragung durch feste Materialien

Leitfähigkeit ist die Übertragung von Wärmeenergie durch feste Materialien über direkten molekularen Kontakt. Wenn Moleküle in einem wärmeren Bereich eines Materials mit größerer Energie vibrieren, kollidieren sie mit benachbarten Molekülen, wodurch kinetische Energie durch das Material übertragen wird. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist oder bis die Wärmequelle entfernt ist. In Gebäudehüllen ist Leitfähigkeit vielleicht die einfachste Art der Wärmeübertragung, um zu verstehen und zu quantifizieren, aber es bleibt einer der wichtigsten Faktoren, die zum Energieverlust und -gewinn beitragen.

Thermische Leitfähigkeit: Die Grundlage der leitfähigen Wärmeübertragung

Die Wärmeeigenschaften eines Baumaterials werden durch Bestimmung seiner Wärmeleitfähigkeit bewertet, die sich direkt auf die Fähigkeit des Materials zur effizienten Wärmeübertragung bezieht. Die Wärmeleitfähigkeit, auch bekannt als Lambda (mit dem griechischen Symbol λ), ist das Maß dafür, wie leicht Wärme durch eine bestimmte Art von Material fließt, unabhängig von der Dicke des betreffenden Materials.

Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist, desto besser ist die Wärmeleistung (d. h. die langsamere Wärme wird über ein Material geleitet) und wird in Watt pro Meter Kelvin (W/mK) gemessen. Materialien mit einem hohen Wärmeleitwert fördern die Wärmeübertragung und ermöglichen einen schnellen Wärmedurchgang, während eine Gebäudehülle idealerweise hauptsächlich aus Materialien mit sehr niedrigen Wärmeleitwerten bestehen sollte.

Unterschiedliche Baustoffe weisen sehr unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitswerte auf. Expanded Polystyrol (EPS) hat einen k-Wert von etwa 0,033 W/(m⋅K), phenolische Schaumisolation hat einen k-Wert von etwa 0,018 W/(m⋅K), Holz variiert zwischen 0,15 und 0,75 W/(m⋅K) und Stahl hat einen k-Wert von etwa 50,0 W/(m⋅K). Dieser dramatische Bereich verdeutlicht, warum die Materialauswahl bei der Gestaltung von Gebäudehüllen so wichtig ist.

Beton hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,8 W/(m/K) und ist so konzipiert, dass er den Transfer von Feuchtigkeit und Wärmeenergie in den und aus dem Innenraum steuert. Das Verständnis dieser Werte ermöglicht es den Designern, geeignete Materialien für bestimmte Anwendungen und Klimabedingungen auszuwählen.

R-Wert und thermischer Widerstand

Der R-Wert ist ein Maß für den Wärmewiderstand, insbesondere wie gut eine zweidimensionale Barriere, wie eine Isolationsschicht, ein Fenster oder eine vollständige Wand oder Decke, dem leitfähigen Wärmefluss im Rahmen der Konstruktion widersteht, wobei höhere R-Werte mehr isolierendes Material anzeigen. Der Widerstand eines isolierenden Materials gegen leitfähigen Wärmefluss wird gemessen oder in Bezug auf seinen Wärmewiderstand oder R-Wert bewertet - je höher der R-Wert, desto größer ist die Isolationswirkung, wobei der R-Wert von der Art der Isolierung, seiner Dicke und seiner Dichte abhängt.

Der R-Wert ist das Maß für den Widerstand eines Materials gegen Wärmefluss bei einer bestimmten Dicke, wobei mehr Widerstand eine höhere Zahl bedeutet, und um einen R-Wert des Materials zu berechnen, müssen Sie die Dicke des Materials (in Metern) durch die Wärmeleitfähigkeit (in W / mK) teilen.

R-Werte sind additiv für Materialschichten, was bedeutet, dass Designer den gesamten Wärmewiderstand einer Mehrschichtanordnung berechnen können, indem sie einfach die R-Werte jeder einzelnen Schicht hinzufügen. Wenn Sie den R-Wert einer mehrschichtigen Installation berechnen, fügen Sie die R-Werte der einzelnen Schichten hinzu, da die Installation von mehr Isolation in Ihrem Haus den R-Wert und den Widerstand gegen Wärmefluss erhöht, wobei eine erhöhte Isolationsdicke im Allgemeinen proportional den R-Wert erhöht.

U-Wert und thermische Transmission

Die Wärmedurchlässigkeit, die gemeinhin als U-Wert bezeichnet wird, stellt die Wärmeübertragungsrate durch die Gebäudehülle dividiert durch die Temperaturdifferenz über die gesamte Struktur dar, ist umgekehrt proportional zum R-Wert, der die Wirksamkeit des Materials beim Widerstand gegen Wärmeübertragung anzeigt, und ein niedrigerer U-Wert zeigt eine bessere thermische Leistung der Hülle an.

Der U-Faktor oder U-Wert ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient, der beschreibt, wie gut ein Gebäudeelement Wärme leitet, oder die Wärmeübergangsrate (in Watt) durch einen Quadratmeter einer Struktur geteilt durch die Temperaturdifferenz über die Struktur, ausgedrückt in Watt pro Meter Quadrat Kelvin W/(m2⋅K).

Der U-Wert ist ein Maß dafür, wie viel Wärme durch eine bestimmte Dicke eines bestimmten Materials verloren geht, umfasst jedoch die drei Hauptwege, in denen sich Wärme bewegt, und wird berechnet, indem der Kehrwert des R-Wertes genommen und dann Konvektions- und Strahlungswärmeverluste addiert werden.

Faktoren, die die leitfähige Wärmeübertragung beeinflussen

Mehrere Schlüsselfaktoren beeinflussen die Rate der leitfähigen Wärmeübertragung durch Gebäudehüllenkomponenten:

  • Materialtyp und Wärmeleitfähigkeit: Wie bereits erwähnt, besitzen verschiedene Materialien von Natur aus unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten. Metalle sind ausgezeichnete Leiter, während Materialien wie Schaumstoffisolation, Glasfaser und Mineralwolle schlechte Leiter sind, was sie ideal für Isolationsanwendungen macht.
  • Materialdicke: R-Wert ist direkt proportional zur Materialdicke und umgekehrt proportional zu seiner Wärmeleitfähigkeit. Dickere Isolationsschichten bieten einen größeren Widerstand gegen Wärmefluss, obwohl praktische und wirtschaftliche Überlegungen begrenzen, wie dick die Isolierung in realen Anwendungen sein kann.
  • Temperaturdifferenz: Die Rate der leitfähigen Wärmeübertragung ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten eines Materials. Größere Temperaturunterschiede treiben höhere Wärmeübertragungsraten voran, weshalb Gebäude in extremen Klimazonen robustere Isolationsstrategien erfordern.
  • Feuchtigkeitsgehalt: Der R-Wert der meisten Isolierungen hängt auch von Temperatur, Alterung und Feuchtigkeitsansammlung ab. Wasser ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, so dass Feuchtigkeitsinfiltration in Isolationsmaterialien ihre Wirksamkeit dramatisch reduzieren kann. Wasser ist ein natürlicher Wärmeleiter und katalysiert die Wärmebewegung, weshalb es für eine Gebäudehülle so wichtig ist, eine wasserundurchlässige Beschichtung zu haben, um Feuchtigkeitsinfiltration zu blockieren.
  • Installationsqualität: Isolierstoff, der komprimiert wird, liefert nicht den vollen R-Wert. Richtige Installationstechniken sind unerlässlich, um die geplante thermische Leistung zu erreichen.

Thermische Brücken: Eine kritische Herausforderung bei der Leitung

Thermische Überbrückung tritt auf, wenn leitfähige Materialien Wege für die Wärme schaffen, um die Isolierung zu umgehen, was die gesamte thermische Leistung von Gebäudebaugruppen erheblich reduziert Der gesamte R-Wert einer Wand oder Decke unterscheidet sich etwas vom R-Wert der Isolierung selbst, da Wärme leichter durch Bolzen, Balken und andere Baumaterialien fließt, was als thermische Überbrückung bekannt ist.

Stutzen und Fenster bieten einen parallelen Wärmeleitungsweg, der vom R-Wert der Isolierung unberührt bleibt, wobei die praktische Implikation darin besteht, dass man den R-Wert der zwischen Rahmenelementen installierten Isolierung verdoppeln und wesentlich weniger als eine 50-prozentige Verringerung des Wärmeverlusts realisieren könnte, da selbst eine perfekte Wandisolation nur die Leitung durch die Isolierung eliminiert, aber den leitfähigen Wärmeverlust durch solche Materialien wie Glasfenster und Bolzen unberührt lässt.

Infrarot-Thermographie (IRT) erkennt Infrarotstrahlung, die von Objekten emittiert wird, um Temperaturschwankungen zu visualisieren, wobei Bereiche mit Wärmeverlust, Wärmebrücken und Isolationsmängeln hervorgehoben werden. Diese Technologie ist zu einem unschätzbaren Werkzeug geworden, um Wärmebrücken in bestehenden Gebäuden zu identifizieren und die ordnungsgemäße Konstruktion in neuen Gebäuden zu überprüfen.

Strategien zur Minimierung der leitfähigen Wärmeübertragung

Baufachleute können zahlreiche Strategien anwenden, um den Verlust von Leitwärme zu reduzieren und durch Gebäudehüllen zu gewinnen:

  • Selektieren Sie Hochleistungsisolationsmaterialien: Wählen Sie Isolationsmaterialien mit niedrigen Wärmeleitfähigkeitswerten, die für die Klimazone und die Anwendung geeignet sind. Moderne Optionen sind Sprühschaum, Hartschaumplatten, Mineralwolle und fortschrittliche Materialien wie vakuumisolierte Platten.
  • Erhöht die Isolationsdicke: Wo Platz und Budget es erlauben, sorgt eine zunehmende Isolationsdicke für proportionale Verbesserungen des Wärmewiderstands, obwohl es schließlich zu einer Verringerung der Renditen kommt.
  • Integrieren Sie thermische Unterbrechungen: Die Installation einer kontinuierlichen Schicht aus Hartschaumisolation auf der Außenseite der Wandverkleidung unterbricht die thermische Überbrückung durch die Zapfen und reduziert gleichzeitig die Rate des Luftlecks.
  • Design Multi-Layer-Assemblies: In realen Gebäuden besteht eine Wand aus vielen verschiedenen Materialschichten, wobei der gesamte Wärmewiderstand der gesamten Wand durch Addition des Wärmewiderstands jeder einzelnen Schicht berechnet wird.
  • Minimieren Sie Penetrationen: Jedes Eindringen durch die Gebäudehülle - ob für elektrische, Sanitär- oder HVAC-Systeme - schafft potenzielle Wärmebrücken.
  • Verwenden Sie fortgeschrittene Bautechniken: Techniken wie Doppelstudwände, strukturisolierte Paneele (SIPs) und isolierte Betonformen (ICFs) können die Wärmebrücken im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen drastisch reduzieren.

Konvektion: Wärmeübertragung durch Fluidbewegung

Konvektion beinhaltet die Übertragung von Wärme durch die Bewegung von Flüssigkeiten, einschließlich Flüssigkeiten und Gasen. In Gebäudehüllen erfolgt die konvektive Wärmeübertragung hauptsächlich durch Luftbewegung, sowohl innerhalb von Gebäudehohlräumen als auch über Innen- und Außenflächen. Im Gegensatz zur Leitung, die einen direkten Kontakt zwischen Materialien erfordert, beruht Konvektion auf der Massenbewegung von Flüssigkeit, um Wärmeenergie von einem Ort zum anderen zu transportieren.

Verständnis konvektiver Wärmeübertragungsmechanismen

Konvektive Wärmeübertragung tritt auf, wenn ein Fluid (in der Regel Luft in Gebäudeanwendungen) mit einer Oberfläche mit einer anderen Temperatur in Kontakt kommt, das Fluid an der Oberfläche Wärme aufnimmt oder abgibt und sich dann fortbewegt, wobei diese Wärmeenergie mit sich führt. Dieser Prozess kann natürlich aufgrund von Dichteunterschieden auftreten, die durch Temperaturschwankungen verursacht werden, oder er kann durch mechanische Mittel gezwungen werden.

Die Konvektion verändert die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zwischen der Luft und der Oberfläche des Isolators, abhängig von den Strömungseigenschaften der mit ihr in Kontakt stehenden Luft (oder eines anderen Fluids), die von mehreren Faktoren abhängt, darunter der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem Fluid, die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsbewegung, die Eigenschaften des Fluids selbst und die Geometrie der Oberfläche.

Arten von Konvektion in Gebäuden

Gebäudehüllen erleben zwei primäre Arten von konvektiver Wärmeübertragung:

  • Natural Convection: Dies geschieht, wenn Temperaturunterschiede innerhalb einer Flüssigkeit Dichteschwankungen erzeugen, die die Flüssigkeit bewegen. Wärmere Luft ist weniger dicht und steigt an, während kühlere Luft dichter ist und absteigt, was natürliche Zirkulationsmuster erzeugt. In Gebäuden tritt natürliche Konvektion in Wandhohlräumen, um Fenster herum und in Räumen zwischen Baumaterialien auf. Es treibt auch den Stapeleffekt an, wo warme Luft durch ein Gebäude aufsteigt und oben entweicht, wobei kühlere Luft unten anzieht.
  • Forced Convection: Dies beinhaltet mechanische Mittel, um Luft zu bewegen, wie Ventilatoren, HVAC-Systeme oder Winddruck auf Gebäudeaußenflächen. Erzwungene Konvektion führt typischerweise zu höheren Wärmeübertragungsraten als natürliche Konvektion, da die Flüssigkeitsgeschwindigkeit größer ist. Windgetriebene Konvektion auf Außenflächen kann den Wärmeverlust bei kaltem Wetter und den Wärmegewinn bei heißem Wetter erheblich erhöhen.

Luftinfiltration und Exfiltration

Einer der wichtigsten konvektiven Wärmeübertragungsmechanismen in Gebäuden ist das Luftlecken - die unkontrollierte Bewegung von Luft durch Risse, Lücken und andere Öffnungen in der Gebäudehülle, einschließlich Infiltration (Außenluft, die in das Gebäude gelangt) und Exfiltration (Innenluft, die ins Freie entweicht).

Lose Gebäudehüllen ermöglichen eine unregulierte Luftübertragung, die zu erhöhten Entwürfen und Unannehmlichkeiten aufgrund von Schwierigkeiten bei der Regulierung einer konsistenten Innentemperatur führt, wobei mehr Luftstrom bedeutet, dass schädlichere Treibhausgase freigesetzt werden, da mechanische Systeme zusätzliche Energie zum Betrieb benötigen, und eine ineffiziente Gebäudestruktur, die eine signifikante Erhöhung der Energiekosten für Hausbesitzer verursacht, wenn die Temperatur eines Gebäudes reguliert wird.

Die zwischen den Zapfen installierte Isolierung kann die Wärmeverluste durch Luftleckagen durch die Gebäudehülle verringern, aber normalerweise nicht beseitigen. Dies unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Luftdichtung als Ergänzung zur Isolierung. Selbst die beste Isolierung kann nicht effektiv funktionieren, wenn sich Luft frei durch und um sie herum bewegt.

Luftleckagen können durch zahlreiche Wege in Gebäudehüllen auftreten, einschließlich:

  • Lücken um Fenster und Türen
  • Durchbrüche für Steckdosen, Schalter und Armaturen
  • Fugen zwischen verschiedenen Baustoffen
  • Risse in Grundmauern und Platten
  • Öffnungen um Sanitäranlagen und HVAC-Durchdringungen
  • Luken für den Dachboden und Zugangstüren
  • Rim-Balken und Bandbalken
  • Eindringen von Schornsteinen und Abgasen

Konvektive Wärmeübertragungskoeffizienten

Die Rate der konvektiven Wärmeübertragung an Gebäudeoberflächen wird mit konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten quantifiziert. Während der gesamten Experimente wird die konvektive Wärmeübertragung sowohl auf den Innenflächen als auch auf den Außenflächen gemessen, wobei typische Werte für Innenflächen hin = 1 W m-2 ∙K und für Außenflächen hout = 5 W m-2 ∙K sind. Diese Koeffizienten variieren je nach Luftgeschwindigkeit, Oberflächenorientierung und anderen Faktoren.

Innenflächen erfahren typischerweise niedrigere konvektive Wärmeübergangskoeffizienten aufgrund niedrigerer Luftgeschwindigkeiten, während Außenflächen, die Wind ausgesetzt sind, viel höhere Koeffizienten erfahren. Aus diesem Grund ist Windkühlung ein so wichtiger Faktor für den Wärmeverlust von Gebäuden - höhere Windgeschwindigkeiten erhöhen den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten und beschleunigen den Wärmeverlust von Außenflächen.

Auswirkungen der Konvektion auf die Gebäudeleistung

Konvektive Wärmeübertragung beeinflusst den Energieverbrauch von Gebäuden und den Komfort der Bewohner in mehrfacher Hinsicht erheblich:

  • Erhöhte Heiz- und Kühllasten: Luftleckagen zwingen HVAC-Systeme, härter zu arbeiten, um die gewünschten Innentemperaturen aufrechtzuerhalten, was den Energieverbrauch und die Betriebskosten direkt erhöht.
  • Reduzierte Isolationseffektivität: Luftbewegung durch Isolierung kann ihren effektiven R-Wert drastisch reduzieren. Faserige Isolationsmaterialien wie Glasfaser und Zellulose sind besonders anfällig für Luftwäsche, wo Luftbewegung durch das Material Wärme mit sich führt.
  • Feuchtigkeitsprobleme: Luftleckagen tragen oft Feuchtigkeit mit sich. Wenn warme, feuchte Luft in kalte Gebäudehohlräume eindringt, kann Kondensation auftreten, was zu Schimmelwachstum, Materialabbau und reduzierter Isolationsleistung führt.
  • Komfortprobleme: Entwürfe durch Luftleckagen verursachen unangenehme Bedingungen für die Bewohner, selbst wenn die durchschnittlichen Raumtemperaturen in akzeptablen Bereichen liegen. Kalte Entwürfe in der Nähe von Fenstern und Türen sind häufige Beschwerden in schlecht abgedichteten Gebäuden.
  • Bedenken bezüglich der Luftqualität in Innenräumen: Während ein gewisser Luftaustausch für eine gute Luftqualität in Innenräumen notwendig ist, kann unkontrolliertes Luftleckagen Schadstoffe, Allergene und Verunreinigungen im Außenbereich verursachen.

Strategien zur Steuerung konvektiver Wärmeübertragung

Eine effektive Steuerung der konvektiven Wärmeübertragung erfordert einen umfassenden Ansatz für die Luftversiegelung und das Lüftungsmanagement:

  • Errichten einer kontinuierlichen Luftbarriere: Entwerfen und Konstruieren einer durchgehenden Luftbarriere im gesamten Gebäudebereich. Diese Barriere sollte in den Bauunterlagen eindeutig identifiziert und bei allen Übergängen und Durchbrüchen sorgfältig beschrieben werden.
  • Versiegeln Sie alle Durchdringungen: Verwenden Sie geeignete Dichtungen, Dichtungen und Wetterstreifen, um alle Durchdringungen durch die Gebäudehülle zu versiegeln. Achten Sie besonders auf Bereiche, die oft übersehen werden, wie Randträger, Dachbodenluken und Servicedurchdringungen.
  • Installieren Sie hochwertige Fenster und Türen: Wählen Sie Fenster und Türen mit guten Luftleckwerten und stellen Sie sicher, dass sie ordnungsgemäß mit geeigneter Blinkung und Dichtung installiert sind.
  • Verwenden Sie Luftundurchlässige Isolierung Wo es angemessen ist: In einigen Anwendungen können luftundurchlässige Isolationsmaterialien wie geschlossenzelliger Sprühschaum oder Hartschaumplatten zwei Zwecke als Isolierung und Luftbarriere erfüllen.
  • Durchführen von Blastürprüfungen: Durch die Prüfung von Blastüren während des Baus und nach Abschluss der Prüfung von Luftleckagen kann dieses Diagnosewerkzeug Problembereiche ermitteln, die einer zusätzlichen Abdichtung bedürfen.
  • Steuerbare Lüftung implementieren: Anstatt sich auf Luftleckagen für die Lüftung zu verlassen, installieren Sie mechanische Lüftungssysteme, die einen kontrollierten, gefilterten Luftaustausch ermöglichen.
  • Design für Winddruck: In Bereichen mit hoher Windeinwirkung, entwerfen Sie die Gebäudehülle, um Winddruckunterschieden standzuhalten, die Luftleckagen antreiben können.
  • Adresse Stapeleffekt: In hohen Gebäuden, Design-Strategien, um Stapeleffekt zu minimieren, wie Abteilung, Drucksteuerung und Abdichtung von vertikalen Wellen.

Strahlung: Wärmeübertragung durch elektromagnetische Wellen

Die Wärmeübertragung unterscheidet sich grundlegend von der Wärmeleitung und Konvektion, da sie kein Medium für die Wärmeübertragung benötigt, sondern Wärmestrahlung durch elektromagnetische Wellen übertragen wird, hauptsächlich im Infrarotspektrum. Alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt emittieren Wärmestrahlung, und die emittierte Strahlungsmenge nimmt mit der Temperatur dramatisch zu. In Gebäudeanwendungen spielt die Wärmeübertragung eine entscheidende Rolle sowohl für den Wärmegewinn durch Sonnenstrahlung als auch für den Wärmeverlust am Nachthimmel.

Grundlagen der thermischen Strahlung

Die Wärmestrahlung folgt mehreren wichtigen physikalischen Prinzipien, die ihr Verhalten in Gebäudeanwendungen bestimmen. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz besagt, dass die pro Flächeneinheit abgestrahlte Gesamtenergie proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur ist, was bedeutet, dass bereits kleine Temperaturunterschiede zu einem signifikanten Strahlungswärmeübergang führen können, insbesondere bei höheren Temperaturen.

Die Oberflächentemperatur hängt von der Wärmeemissionsleistung des Materials ab, wobei Oberflächen mit geringem Emissionsvermögen, wie z. B. glänzende Metallfolien, die Wärmeübertragung durch Strahlung verringern. Das Emissionsvermögen ist ein Maß dafür, wie effektiv eine Oberfläche Wärmestrahlung im Vergleich zu einem idealen schwarzen Körper emittiert, mit Werten von 0 (perfekter Reflektor) bis 1 (perfekter Emitter).

Bei mehreren Wärmeübertragungsmodi hängt die endgültige Oberflächentemperatur (und damit der beobachtete Energiefluss und der berechnete R-Wert) von den relativen Beiträgen von Strahlung, Leitung und Konvektion ab, obwohl der Gesamtenergiebeitrag gleich bleibt.

Solare Strahlung und Gebäudehüllen

Die Sonne emittiert elektromagnetische Strahlung über ein breites Spektrum, wobei der größte Teil der Energie im sichtbaren und im nahen Infrarotbereich liegt. Wenn diese Strahlung auf Gebäudeoberflächen trifft, kann sie je nach Materialeigenschaften reflektiert, absorbiert oder übertragen werden.

In den jüngsten, gut isolierten Gebäuden leisten Solargewinne einen größeren Beitrag zur globalen Wärmebilanz. Dies macht die Verwaltung der Sonnenstrahlung immer wichtiger, da Gebäudehüllen thermisch effizienter werden. Solargewinne entstehen sowohl durch den einfallenden solaren Wärmefluss durch Verglasung als auch durch die undurchsichtigen Elemente eines Gebäudes.

Solare Wärme gewinnt durch Verglasung

Fenster und andere verglaste Bereiche sind die Hauptwege für den Eintritt von Sonneneinstrahlung in Gebäude. Der solare Wärmegewinnkoeffizient (SHGC) gibt an, wie viel Sonneneinstrahlung durch ein Fenster als Wärme fließt. Werte reichen von 0 bis 1, wobei niedrigere Werte einen geringeren solaren Wärmegewinn anzeigen. In kühlenden Klimazonen können niedrige SHGC-Fenster die Kühllast erheblich reduzieren, während in heizbeherrschten Klimazonen höhere SHGC-Fenster an nach Süden gerichteten Fassaden eine vorteilhafte passive Solarheizung bieten können.

Die Ausrichtung der Verglasung hat einen dramatischen Einfluss auf den Wärmegewinn der Sonne. Fenster mit Südausrichtung (in der nördlichen Hemisphäre) erhalten die meiste Sonnenstrahlung in den Wintermonaten, wenn die Sonne tiefer am Himmel liegt, wodurch sie sich ideal für passive Solarheizung eignen. Fenster mit Ost- und Westausrichtung erhalten intensive Sonnenstrahlung während der Morgen- und Nachmittagsstunden, was zu Überhitzung und Blendungsproblemen führen kann. Fenster mit Nordausrichtung erhalten nur minimale direkte Sonnenstrahlung und sind in erster Linie Quellen von Wärmeverlusten.

Solare Absorption durch opake Oberflächen

Die lichtundurchlässigen Gebäudehüllenkomponenten - Wände, Dächer und andere Oberflächen - absorbieren auch Sonnenstrahlung, wodurch ihre Oberflächentemperatur erhöht und die leitfähige Wärmeübertragung in das Gebäude gefördert wird. Der Sonnenabsorptionsgrad einer Oberfläche bestimmt, wie viel einfallende Sonnenstrahlung absorbiert wird, im Vergleich zu reflektierten. Dunkelfarbige Oberflächen haben einen hohen Sonnenabsorptionsgrad (oft 0,8 bis 0,95), während helle oder reflektierende Oberflächen einen niedrigen Sonnenabsorptionsgrad haben (so niedrig wie 0,2 bis 0,3).

Dachflächen sind besonders wichtig, weil sie typischerweise die intensivste Sonnenstrahlung erhalten, besonders in den Sommermonaten, wenn die Sonne hoch am Himmel steht. Dunkle Dächer können Oberflächentemperaturen von 150-190 ° F (65-88 ° C) an sonnigen Sommertagen erreichen, während weiße oder reflektierende Dächer unter den gleichen Bedingungen nur 100-120 ° F (38-49 ° C) erreichen können. Dieser Temperaturunterschied führt direkt zu reduzierten Kühllasten für Gebäude mit reflektierenden Dächern.

Nächtliche Strahlungskühlung

Während der Nachtstunden geben Gebäudeoberflächen Wärmestrahlung in den Himmel ab. In klaren Nächten kann dieser Wärmeverlust erheblich sein, da Oberflächen effektiv die kalte Temperatur des Weltraums und nicht die Umgebungslufttemperatur "sehen". Dieses Phänomen, das als nächtliche Strahlungskühlung bekannt ist, kann dazu führen, dass Gebäudeoberflächen unter die Umgebungslufttemperatur fallen.

Während die nächtliche Strahlungskühlung die Heizlast bei kaltem Wetter erhöht, kann sie in heißen Klimazonen von Vorteil sein, in denen sie die Kühlung von Gebäuden auf natürliche Weise unterstützt. Einige fortschrittliche Gebäudeentwürfe enthalten Materialien und Systeme, die speziell dafür entwickelt wurden, die Strahlungskühlung am Nachthimmel als passive Kühlstrategie zu verbessern.

Niedrige Emissionswerte Materialien und Beschichtungen

Materialien und Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad (low-e) sind so konzipiert, dass sie die Wärmeübertragung durch Reflexion der Wärmestrahlung verringern, anstatt sie zu absorbieren oder zu emittieren.

Strahlungsbarrieren sind hochreflektierende Materialien, die Strahlungswärme wieder abgeben, anstatt sie zu absorbieren, wodurch die Kühllasten verringert werden, und als solche hat eine Strahlungsbarriere keinen inhärenten R-Wert.

  • Niedrig-E-Fensterbeschichtungen: Auf Fensterglas aufgebracht, reduzieren Low-E-Beschichtungen die Strahlungswärmeübertragung durch Fenster, während die Transmission des sichtbaren Lichts erhalten bleibt. Verschiedene Arten von Low-E-Beschichtungen sind für verschiedene Klimazonen optimiert - einige reduzieren hauptsächlich den Wärmeverlust im Winter, während andere hauptsächlich den Wärmegewinn im Sommer reduzieren.
  • Strahlungsbarrieren in Attics: Reflexionsmaterialien, die auf Dachböden installiert sind, können die Strahlungswärmeübertragung von heißen Dachflächen auf den Dachboden erheblich reduzieren und die Kühllasten in heißen Klimazonen reduzieren.
  • Reflexive Isolationssysteme: Mehrschicht-reflexive Isolationssysteme nutzen Lufträume, die von Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad begrenzt werden, um die Strahlungswärmeübertragung über Hohlräume zu reduzieren.

Strategien zur Verwaltung der Strahlungswärmeübertragung

Ein effektives Management der Wärmeübertragung erfordert klimaspezifische Strategien, die den Heiz- und Kühlbedarf in Einklang bringen:

  • Fensterauswahl und Platzierung optimieren: Fenster mit geeigneten SHGC-Werten für das Klima und die Ausrichtung auswählen. In gemischten Klimazonen unterschiedliche Fensterspezifikationen für verschiedene Ausrichtungen berücksichtigen. Südgerichtete Verglasungen in wärmedominierten Klimazonen maximieren, um passiven Sonnengewinn zu erzielen, während die Ost- und Westverglasung minimiert wird, um unerwünschten Wärmegewinn zu reduzieren.
  • Externe Abschattungsvorrichtungen installieren: Feststehende oder bedienbare Abschattungsvorrichtungen wie Überhänge, Markisen, Lamellen und Flossen können die direkte Sonnenstrahlung blockieren, bevor sie Fenster und Wände erreicht. Richtig entworfene Überhänge können Fenster im Sommer beschatten, wenn die Sonne hoch ist, während sie im Winter Sonnengewinn ermöglichen, wenn die Sonne niedriger ist.
  • Verwenden Sie reflektierende Dachmaterialien: In kühlenden Klimazonen sollten Sie kühle Dachmaterialien mit hohem Sonnenreflexionsgrad und hohem Wärmeemissionsgrad angeben. Diese Materialien können die Dachoberflächentemperaturen im Vergleich zu herkömmlichen dunklen Dachüberdachungen um 50-60°F (28-33°C) senken.
  • Reflektierende Beschichtungen auf Wände auftragen: Helle oder reflektierende Außenwandoberflächen reduzieren den Wärmegewinn der Sonne durch Wände. Dies ist besonders wichtig für Wände mit geringer thermischer Masse, die schnell auf Sonnenheizung reagieren.
  • Integrieren Sie thermische Masse strategisch: Materialien mit hoher thermischer Masse (wie Beton, Ziegel oder Stein) können Sonnenstrahlung während des Tages absorbieren und im Laufe der Zeit langsam freisetzen. Wenn sie richtig entworfen sind, kann thermische Masse Temperaturschwankungen mäßigen und Spitzenheiz- und Kühllasten reduzieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Baumaterialien, die thermische Energie sinnvoll speichern, speichern PCMs sie in latenter Form, indem sie Phasenübergänge bei konstanten Temperaturen durchlaufen, so dass PCMs Wärme effizienter speichern und freisetzen können als sensible Wärmespeichermaterialien.
  • Innenschattierung installieren: Obwohl sie weniger effektiv ist als die Außenschattierung, können Innenfensterbehandlungen wie Jalousien, Schattierungen und Vorhänge den Wärmegewinn der Sonne reduzieren und Blendungskontrolle bieten. Reflektierende oder helle Innenschattierungen sind am effektivsten.
  • Design Landscape for Solar Control: Laubbäume auf der Süd-, Ost- und Westseite von Gebäuden bieten Schatten im Sommer, während sie Sonnengewinn im Winter nach dem Fall der Blätter ermöglichen.
  • Betrachten Sie Gebäudeorientierung: Orientieren Sie Gebäude, um die Sonneneinstrahlung auf der Grundlage des Klimas zu optimieren. In wärmedominierten Klimazonen längliche Gebäude entlang der Ost-West-Achse, um die nach Süden gerichtete Oberfläche zu maximieren. In kühldominierten Klimazonen minimieren Sie nach Osten und Westen gerichtete Oberflächen.
  • Implementieren Sie fortschrittliche Verglasungstechnologien: Betrachten Sie elektrochrome (intelligente) Fenster, die ihre Tönung basierend auf Sonnenbedingungen dynamisch anpassen können, oder thermochrome Fenster, die sich automatisch verdunkeln, wenn sie durch Sonnenstrahlung erhitzt werden.

Integrierter Ansatz für das Wärmeübertragungsmanagement

Der BEP-Wert berücksichtigt zusätzliche Elemente der Wärmeübertragung, die den Energiebedarf des Gebäudes aufgrund der äußeren und inneren (solaren) Wärmebelastung beeinflussen: leitende und Strahlungswärmeübertragung und Luftinfiltration. Dies unterstreicht die Bedeutung der gleichzeitigen Berücksichtigung aller drei Arten der Wärmeübertragung und nicht isoliert.

Whole-Building Performance Metriken

Der Gebäudehüllen-Leistungskoeffizient (BECOP) ist eine umfassende Metrik, die die thermische Leistung von Gebäudehüllen bewertet, indem sie mit einem idealen System verglichen wird, die Anwendbarkeit über Gebäudetypen und Klimazonen hinweg gewährleistet und den kombinierten Einfluss des Wärmewiderstands, der Klimazone und der internen Wärmezuwächse erfasst.

Herkömmliche Metriken wie R-Wert und U-Wert, obwohl nützlich, erfassen nur die leitende Wärmeübertragung. Umfassende Gebäudeleistung erfordert die Berücksichtigung aller Wärmeübertragungsmodi, Luftleckage, thermische Brücken, thermische Masseeffekte und die dynamische Natur der realen Bedingungen einschließlich Sonneneinstrahlung, Wind und Temperaturschwankungen.

Klimaspezifische Designstrategien

Das US-Energieministerium, die Gebäudeenergiecodes und die ENERGY STAR® von EPA empfehlen alle R-Werte für die Hausisolierung auf der Grundlage einer Klimazonenkarte mit empfohlenen R-Werten für verschiedene Teile eines Hauses innerhalb jeder Klimazone, die von Heizgradtagen und Kühlgradtagen angetrieben werden.

Kalte Klimazonen priorisieren die Minimierung des Wärmeverlustes durch hohe Isolationsgrade, ausgezeichnete Luftdichtung und Wärmebrückenminderung. Passive Sonnenerträge durch nach Süden gerichtete Fenster können Heizlasten ausgleichen. Heiße Klimazonen konzentrieren sich auf die Verringerung des Wärmegewinns durch reflektierende Oberflächen, Abschattungen und geeignete Verglasungsauswahl. Gemischte Klimazonen erfordern ausgewogene Strategien, die sowohl Heizungs- als auch Kühlbedürfnisse berücksichtigen.

Fortschrittliche Gebäudehüllentechnologien

Neue Technologien erweitern die Möglichkeiten zur Steuerung der Wärmeübertragung in Gebäudehüllen:

  • Phase Change Materials (PCMs): Diese Materialien können latente Wärme während Phasenübergängen absorbieren und freisetzen, was die Speicherung von Wärmeenergie und die Temperaturregulierung erleichtert. PCM-Wände führen zu einer 2-stündigen Verzögerung der Wärmeübertragung und mildern externe Temperaturschwankungen. Dieser thermische Masseeffekt kann die Spitzenheiz- und Kühllasten erheblich reduzieren.
  • Dynamische Isolationssysteme: Das TABE reduzierte die Kühllast um über 80% und die Heizlast um über 60%, wenn es an ein reguliertes Wasserbad angeschlossen wurde.
  • Vakuumisolationspaneele: Vakuumisolationspaneele haben eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,008 W/mK (also sind diese die besten, aber sehr teuer!).
  • Smart Building Envelopes: Die Integration von Sensoren, Steuerungen und reaktionsfähigen Materialien ermöglicht es Gebäudehüllen, sich an wechselnde Bedingungen anzupassen und die Leistung während des Tages und über die Jahreszeiten hinweg zu optimieren.

Die Rolle der Baukommissionierung und des Testens

Die genaue Messung der tatsächlichen Gebäudeleistung wäre ein wichtiger Schritt in Richtung Leistungskontraktion, obwohl Methoden unter Belegung betriebliche Vorteile haben, aber aufgrund der Variabilität von Wetter und Belegungsbedingungen, die nicht übersehen werden können, zusätzliche Einschränkungen mit sich bringen.

Die Überprüfung der Leistung der Gebäudehülle durch Prüfung und Inbetriebnahme ist von wesentlicher Bedeutung, um sicherzustellen, dass die geplante Leistung in der Praxis erreicht wird.

  • Blower Door Testing: Quantifiziert Luftleckraten und hilft dabei, Leckstellen zu identifizieren
  • Infrarotthermographie: Visualisiert Temperaturmuster, um Wärmebrücken, Isolationsfehler und Luftleckagen zu identifizieren.
  • Wärmeflussmessungen: Messt direkt den Wärmefluss durch Gebäudehüllenkomponenten
  • Ganzheits-Energieüberwachung: Verfolgt den tatsächlichen Energieverbrauch, um Leistungsvorhersagen zu überprüfen

Wirtschaftliche und ökologische Erwägungen

Die EPA schätzt, dass Hausbesitzer durchschnittlich 15 % der Heiz- und Kühlkosten (oder durchschnittlich 11 % der Gesamtenergiekosten) einsparen können, indem sie die Dämmung in Dachböden, Böden über Kriechräumen und Kellern sowie die Luftversiegelung hinzufügen. Diese Einsparungen sammeln sich während der Lebensdauer des Gebäudes an und bieten oft hervorragende Renditen für Verbesserungen der Umschlaghülle.

Auf Heizenergie entfallen mehr als 30 % des gesamten Energieverbrauchs von Gebäuden, insbesondere in kalten Gebieten. Wohngebäude verbrauchen 22 % der globalen Endenergie, und die Wärmeverluste der Außenhülle können die Hälfte des Energieverbrauchs ausmachen. Diese Statistiken unterstreichen die entscheidende Bedeutung der Leistung von Gebäudehüllen für die Gesamtenergieeffizienz.

Neben direkten Energiekosteneinsparungen bietet eine verbesserte Gebäudehüllenleistung zahlreiche zusätzliche Vorteile:

  • Verbesserter Bequemlichkeit für Insassen: Bessere Kontrolle der Wärmeübertragung führt zu stabileren Innentemperaturen, reduzierten Zugluft und verbessertem thermischen Komfort.
  • Reduzierte HVAC-Ausrüstung Größe: Geringere Heiz- und Kühllasten ermöglichen kleinere, kostengünstigere HVAC-Ausrüstung
  • Verbesserte Luftqualität in Innenräumen: Die richtige Luftdichtung in Kombination mit kontrollierter Belüftung sorgt für eine bessere Luftqualität in Innenräumen als undichte Umschläge
  • Erhöhte Haltbarkeit: Bessere Feuchtigkeitskontrolle durch richtiges Hüllendesign verlängert die Lebensdauer des Gebäudes und reduziert die Wartungskosten
  • Umweltvorteile: Reduzierter Energieverbrauch führt direkt zu geringeren Treibhausgasemissionen und Umweltauswirkungen
  • Erhöhter Immobilienwert: Energieeffiziente Gebäude erzielen Premiumpreise auf den Immobilienmärkten

Praktische Durchführungsleitlinien

Die erfolgreiche Umsetzung von Wärmeübertragungsmanagementstrategien erfordert Aufmerksamkeit während des gesamten Entwurfs- und Bauprozesses:

Entwurfsphase

  • Klimaanalyse durchführen, um Heiz- und Kühllasten zu verstehen
  • Festlegung klarer Leistungsziele für die Gebäudehülle
  • Modellierung der Gebäudeleistung mit Energiesimulationssoftware
  • Detail alle Hüllenbaugruppen mit Aufmerksamkeit auf Wärmebrücken und Luftdichtung
  • Geben Sie geeignete Materialien und Systeme für das Klima und das Budget an
  • Design für die Konstruktionsfähigkeit, um sicherzustellen, dass Details ordnungsgemäß ausgeführt werden können

Bauphase

  • Klare Mitteilung der Leistungsanforderungen an den Umschlag an die Auftragnehmer
  • Regelmäßige Inspektionen durchführen, um die ordnungsgemäße Installation zu überprüfen
  • Führen Sie Zwischentests (z. B. Grobgebläsetürtests) durch, um Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben
  • Dokument als gebaute Bedingungen für zukünftige Referenz
  • Hüllsysteme der Kommission zur Überprüfung der Leistung

Betrieb und Instandhaltung

  • Überwachen der Gebäudeenergieleistung zur Ermittlung der Degradation im Zeitverlauf
  • Hüllensysteme, einschließlich Dichtungen, Abstreifen und Beschichtungen, pflegen
  • Beheben Sie Feuchtigkeitsprobleme umgehend, um Isolationsschäden zu verhindern
  • Erwägen Sie Umschlag-Upgrades während der Renovierungen, um die Leistung zu verbessern

Zukünftige Richtungen im Gebäudehüllendesign

Die Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden ist ein wichtiges Element der Bemühungen, der globalen Erwärmung entgegenzuwirken. Angesichts der zunehmenden Klimaprobleme und der steigenden Energiekosten wird die Leistung von Gebäudehüllen zunehmend kritischer.

  • Net-Null-Energiegebäude: Um eine Netto-Null-Energieleistung zu erreichen, ist eine außergewöhnliche Hüllenleistung erforderlich, um die Energielasten zu minimieren, bevor erneuerbare Energie erzeugt wird.
  • Passive House und High-Performance Standards: Freiwillige Standards wie Passive House bringen die Hüllenleistung auf ein neues Niveau und zeigen, was technisch machbar ist.
  • Verkörperte Kohlenstoffüberlegungen: Über die Betriebsenergie hinaus erhält der verkörperte Kohlenstoff von Hüllmaterialien erhöhte Aufmerksamkeit, was das Interesse an kohlenstoffarmen Materialien und biobasierter Isolierung antreibt.
  • Resilienz und Anpassung: Gebäudehüllen müssen zunehmend die Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Wetterereignissen und sich verändernden Klimabedingungen berücksichtigen
  • Integration mit erneuerbaren Energien: Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) und andere Technologien verwischen die Grenze zwischen Hülle und Energieerzeugung
  • Digitalisierung und Smart Buildings: Sensoren, Steuerungen und Datenanalysen ermöglichen ein ausgefeilteres Hüllenmanagement und eine Leistungsoptimierung

Schlussfolgerung

Das Verständnis und die Verwaltung der drei Arten der Wärmeübertragung – Leitung, Konvektion und Strahlung – ist von grundlegender Bedeutung für die Gestaltung von Hochleistungsgebäudehüllen. Jeder Modus arbeitet nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien und erfordert spezifische Strategien zur Steuerung. Diese Modi funktionieren jedoch nicht isoliert; sie interagieren auf komplexe Weise, die ganzheitlich betrachtet werden müssen.

Die Leitfähigkeit durch Baustoffe kann durch geeignete Materialauswahl, ausreichende Isolationsdicke und den Wegfall von Wärmebrücken gesteuert werden. Konvektion, insbesondere durch Luftleckagen, erfordert umfassende Luftabdichtungsstrategien und kontrollierte Belüftung. Strahlung, insbesondere aus Solarquellen, erfordert klimagerechte Glasauswahl, Abschattungsstrategien und Oberflächenbehandlungen.

Gebäudedesigner werden empfohlen, die richtigen Materialien zu wählen, um die Wärmebewegung auf natürliche Weise zu steuern, wodurch die Notwendigkeit kostspieliger mechanischer Heiz- und Kühlsysteme entfällt, wobei die ausgewählten Komponenten zusammenarbeiten, um vier wesentliche Aufgaben zu erfüllen: strukturelle Unterstützung, Feuchtigkeitsmanagement, Temperaturregulierung und Steuerung des Luftstroms, wobei die letzten drei Merkmale den größten Einfluss darauf haben, ein Haus energieeffizient, komfortabel und nachhaltig zu machen.

Mit zunehmenden Bauvorschriften und steigenden Energieeffizienzerwartungen wird die Bedeutung einer hervorragenden Gebäudehüllengestaltung nur noch zunehmen. Die in diesem Leitfaden beschriebenen Strategien und Prinzipien bilden die Grundlage für die Schaffung von Gebäuden, die komfortabel, effizient, langlebig und umweltverträglich sind. Durch sorgfältige Berücksichtigung aller Aspekte der Wärmeübertragung während des Entwurfs und die Gewährleistung der Qualitätsumsetzung während des Baus können Baufachleute Umschläge erstellen, die während ihrer gesamten Lebensdauer außergewöhnlich gut funktionieren.

Die Zukunft des Gebäudedesigns liegt in integrierten, leistungsorientierten Ansätzen, die alle Aspekte des Wärmeübertragungsmanagements optimieren. Mit kontinuierlicher Innovation in Materialien, Technologien und Konstruktionsmethoden werden sich Gebäudehüllen weiterentwickeln und immer höhere Leistungs- und Nachhaltigkeitsniveaus bieten. Für Architekten, Ingenieure, Bauherren und Gebäudeeigentümer, die sich der Exzellenz verschrieben haben, ist die Beherrschung der Grundlagen der Wärmeübertragung in Gebäudehüllen eine wesentliche Grundlage für den Erfolg.

Weitere Informationen zu Gebäudewissenschaft und Energieeffizienz finden Sie im U.S. Department of Energy’s resources on isolation and the Buildings journal für die neuesten Forschungsergebnisse zur thermischen Leistung. Weitere technische Hinweise finden Sie bei Organisationen wie der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) und der Building Science Corporation.