regenerativer Wärmeund Kälteversorgung

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1 Elmar Bollin (Hrsg.) Automation regenerativer Wärmeund Kälteversorgung von Gebäuden Komponenten, Systeme, Anlagenbeispiele Mit 196 Abbildungen und 18 Tabellen Mit Beiträgen von Martin Becker, Ekkehard Boggasch, Elrnar Bollin, Mathias Fraaß, Alfred Karbach, Peter Ritzenhoff und Dieter Striebel PRAXIS 11 VIEWEG+ TEUBNER

2 VIl 1 Einführung in die Nutzung erneuerbarer Energiequellen I 1.1 Allgemeines zur Nutzung emeuerbarer Energiequellen Charakteristika emeuerbarer Energiequellen Bedeutung der Automation bei der Nutzung regenerativer Energiequellen zur Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden Beispiel einer solarthermischen Trinkwassererwärmung im Einfamilienhaus 4 2 Grundlagen der Nutzung regenerativer Energiequellen in Gebäuden Energieangebot regenerativer Energiequellen Das solare Strahlungsangebot am Gebäude Potenziale oberflächennaher Geothermie Potenzial der Umgebungswärme Sensorik fllr Klimamessung (meteorologische Messtechnik) Gebäudeenergiebedarf Gebäudewärmebedarf Gebäudekältebedarf Frischluftbedarf in Gebäuden Trinkwasserbedarf in Gebäuden Besonderheiten der Nutzung emeuerbarer Energieträger Einfluss des variablen Energieangebots Angebot und Bedarf Multivalente Energiebereitstellung Ertrags- und Funktionskontrolle 48 3 Energiebereitstellung aus regenerativen Energiequellen Solarthermische Wandler Einfuhrung Der Sonnenkollektor Zeitverhalten des Sonnenkollektors Wichtige Kenndaten von Sonnenkollektoren Hydraulisches Verhalten des Sonnenkollektors Systeme zur Erdwärmegewinnung Allgemeines Erdwärmekollektoren Erdwärmesonden Kältemaschinen und Wärmepumpen Allgemeines Definition eines kältetechnischen Gesamtsystems aus automatisierungstechnischer Sicht Grundlagen von Kompressions-Kältemaschinen Grundlagen von Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen Energetische Kenngrößen von Kälteanlagen und Wärmepumpen 82

3 VIII 4 Speichersysteme Funktion von Wärmespeichern Möglichkeiten zur Speicherung von Wärme Speicher für fühlbare (sensible) Wärme Latentwärmespeicher Sorptionsspeicher Speicher mit Wasser als Speichermedium Strömungs- und Schichtungsvorgänge im Speicher Be- und Entladeeinrichtung Wärmeverluste Dimensionierung von Pufferspeichern Hydraulische Einbindung des Verdrängungsspeichers Steuerung der Be- und Entladung Kombispeicher 99 5 Automation von Systemen zur Wärme- und KäItebereitstellung aus regenerativen Energiequellen Solare Trinkwassererwärmung Kleinanlagen zur solaren Trinkwassererwärmung Großanlagen zur solaren Trinkwassererwärmung Kollektorkreisregelung Speicherladeregelung Speicherentladeregelungen Überwachungs- und Servicefunktionen Ausgeführtes Beispiel einer solarthermischen Großanlage Solarunterstützte Gebäudeheizung Raumverhalten Einleitung Energiefluss in der Raumbeheizung Nutzen und Bedarf AufWand und Energieeffizienz Modellierung des Raumverhaltens Raurnkennlinie und Raumtemperaturregelung Einknotenmodell Zweiknotenmodell Wirksame Wärmekapazität Mehrknotenmodell Geometrische Raummodelle Thermische Bauteilaktivierung Thermisch aktivierbares Bauteil Betonkernaktivierung Bauteilkühlung Low Cost Bus (LCB) Aufbau CAFM-Funktionalität Energieeinsparung durch verbesserte Regelung Energieeinsparung durch Interaktion mit den Nutzern 152

4 IX 5.4 Solare Kühlung DEC-Systeme Solarbetriebene Absorptionskältemaschinen Solare Absorptionskühlung als ausgeführtes Anlagenbeispiel Solarbetriebene Adsorptionsmaschine Wärmepumpen-Systeme zur Gebäudebeheizung Systemabgrenzung Wärmepumpe, Wärmepumpenanlage und Wärmepumpenheizungsanlage Energetische Bewertung von Wärmepumpen und Wärmepumpenanlagen Komponenten einer Wärmepumpenanlage (WPA) Wärmequellen Wärmepumpe (WP) Betriebsarten einer Wärmepumpenheizungsanlage (WPHA) Automatisierung von Wärmepumpen und Wärmepumpenheizungsanlagen Automatisierungsebenen Automatisierung von Wärmepumpensystemen Geothermische Systeme zur Gebäudeheizung und -kühlung (Anlagenbeispiel) Konzeption und Aufbau Regelstrategien Betriebserfahrungen Automationsstrategien fur thermoaktive Bauteilsysteme (TABS) Allgemeines Übersicht zu typischen Steuerungs-/Regelungsstrategien für TAB-Systeme Beaufschlagung der TAB mit konstanter Vorlauftemperatur Steuerung der Vorlauftemperatur als Funktion der Außentemperatur Regelung nach der Temperatur in TAB-System Steuerung des Massenstromes Vorausschauende und prognosegesteuerte Strategien Funktionsüberwachung und Ertragskontrolle Monitoring Kennzahlen für die Bewertung des Anlagenbetriebs Systemsimulations- und Prognosewerkzeuge Insitu-Überwachungen Insitu-Überwachung als Teil der Automatisierung Insitu-Überwachung mit PC-Ankopplung und Software für Datenerfassung und -auswertung Busgestütztes Energiemanagement eines Verbundes regenerativer Energieanlagen Automationsgeräte und deren Anbindung an die Gebäudeautomation Einführung in die Automatisierungstechnik Kompakte Automationsgeräte Einfacher kompakter Solarregler 227

5 x Vielseitiger kompakter Solarregler Freiprogrammierbarer solarer Universalregler Wärmepumpen-Kompaktregler Einbindung in eine übergeordnete Gebäudeautomation und ins Gebäudemanagement Integration von regenerativen Anlagen in die Gebäudeautomation Anwendungsbeispiel: Automation eines Energiesystem- Verbundes im Technikum G der Hochschule Biberach Anwendungsbeispiel: Herstellemeutrales Gebäudeautomationssystem auf LabVIEW Basis 239 Sachwortverzeichnis 243