Eine vergleichende Gegenüberstellung von zentraler und dezentraler Klimatisierung

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1 Glaubenskrieg oder Ökumene? Eine vergleichende Gegenüberstellung von zentraler und dezentraler Klimatisierung Prof Dr-Ing Michael Haibel Prodekan und Studiengangsleiter für Gebäudeklimatik an der FH Biberach öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Raumluft- und Klimatechnik Prof Dr-Ing Michael Haibel 1

2 Inhalt: 1 Aufgaben der Klimatisierung 2 Parameter für Behaglichkeit 3 grundlegender Aufbau zentraler und dezentraler Systeme 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme 5 Entscheidungsmatrix für die Systemauswahl 6 Problempunkte beispielhaft bei dezentralen Systemen 7 Ausführungsbeispiele zentraler und dezentraler Systeme 8 Fazit Prof Dr-Ing Michael Haibel 2

3 1 Aufgaben der Klimatisierung Schaffung von Behaglichkeit in Räumen und Gebäuden für Personen Prozessen (Tieren, Pflanzen) unter Randbedingungen: Minimierung von LCC (kumulierte Kosten für Investition + Energie + Wartung) Nachhaltigkeit (Nutzungsänderungen, Hygiene, gesellschaftl Akzeptanz, etc) Prof Dr-Ing Michael Haibel 3

4 2 Parameter für Behaglichkeit Physikalische Parameter: Temperaturen und Feuchte Luftgeschwindigkeiten und Turbulenz Schadstoffkonzentrationen und Raumluftqualität (IAQ) Methoden Luftaustausch thermische Luftbehandlung Luftführung im Raum weitere physikalische Parameter: Beleuchtung (Intensität, Farbe, Verteilung) Schall (Intensität, Dynamik, Klangspektrum) Prof Dr-Ing Michael Haibel 4

5 2 Parameter für Behaglichkeit Psychologische Parameter: Bedürfnis nach Individualität Sehen wollen, woher das Klima kommt uvm Dies bedeutet: Nur schwer mess- und begreifbare Empfindungen und Bedürfnisse von Nutzer Prof Dr-Ing Michael Haibel 5

6 Aufgaben der Klimatisierung psychologische Parameter für Behaglichkeit Spannungsfeld für Frage: zentrale oder dezentrale Klimatisierung Randbedingungen für Klimatisierung physikalische Parameter für Behaglichkeit Prof Dr-Ing Michael Haibel 6

7 3 Grundlegende Systemaufbauten a) zentrale Systeme RLT-Gerät Rückkühler Merkmale: zentrale Luftkonditionierung zentrale Peripheriesysteme Kesselanlage Kaltwassersatz Konzentration von Aggregaten und Systemen überschaubare Anordnungen einfache Wartung von Geräten Prof Dr-Ing Michael Haibel 7

8 3 Grundlegende Systemaufbauten a) zentrale Systeme RLT-Gerät Rückkühler ein globaler Klimatisierungszustand im gesamten System Kesselanlage Kaltwassersatz dh homogenes Klima Prof Dr-Ing Michael Haibel 8

9 3 Grundlegende Systemaufbauten b) dezentrale Systeme Merkmale: kurze Lufttransportwege kein Lufttourismus im Gebäude starke Verteilung der Systeme aufwendige Wartung massiver Aufwand für MSR und GLT Prof Dr-Ing Michael Haibel 9

10 3 Grundlegende Systemaufbauten b) dezentrale Systeme dh viele lokale Klimatisierungszustände im Gebäude heterogenes Klima Prof Dr-Ing Michael Haibel 10

11 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme Thema: Lufttransport zentrale Systeme dezentrale Systeme Luftverteilsystem: weit verzweigt vernachlässigbar Druckverluste im Verteilsystem: hoch vernachlässigbar Probleme bei Unterbringung und Verlegung von Kanälen: z T kritisch vernachlässigbar Eingriffe in die Fassaden / Wetterschutz: Lufteinbringung in Räume/Zonen: vernachlässigbar hohe Variabilität z T beträchtlich sehr eingeschränkt Prof Dr-Ing Michael Haibel 11

12 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme Thema: Luftkonditionierung zentrale Systeme dezentrale Systeme Luftfiltration: uneingeschränkt nur eingeschränkt Lufterwärmung: uneingeschränkt uneingeschränkt Luftkühlung: uneingeschränkt (heute) nur eingeschränkt Luftbefeuchtung: uneingeschränkt (heute) nicht möglich Luftentfeuchtung: uneingeschränkt (heute) nur eingeschränkt Wärmerückgewinnung: uneingeschränkt möglich Prof Dr-Ing Michael Haibel 12

13 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme Thema: Wartung der Systeme zentrale Systeme dezentrale Systeme RLT-Geräte: zeitunkritisch aufwendig Luftverteilsysteme: aufwendig vernachlässigbar Prof Dr-Ing Michael Haibel 13

14 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme Thema: Regelungs- und Automatisierungsaufwand für reine Funktion der RLT-Geräte: zentrale Systeme gering dezentrale Systeme gering für Energiemanagement: mäßig hoch für Facilitymanagement: mäßig sehr hoch Prof Dr-Ing Michael Haibel 14

15 4 Gegenüberstellung orthodoxer Systeme Thema: Nutzung und Umnutzung zentrale Systeme dezentrale Systeme modularer Systemaufbau und Erweiterungsmöglichkeiten: einstellbare Klimabedingungen sehr gering homogen sehr hoch heterogen Akzeptanz: sehr gering hoch Prof Dr-Ing Michael Haibel 15

16 5 Entscheidungsmatrix für Systemauswahl Frage: Welche Systemart ist für welche Anforderungen geeignet? Methode: Gegenüberstellung der wesentlichen Anforderungsmerkmale an Klimasysteme Prof Dr-Ing Michael Haibel 16

17 5 Entscheidungsmatrix für Systemauswahl Anforderungsmerkmal zentrale Systeme dezentrale Systeme Raumgröße Humanklima Prozessklima Akzeptanz Modularität homogenes Globalklima Individualklima (heterogen) energetische Optimierung Typ Halle Typ Zimmer X XX XX - - XX - XX XX - - XX X XX Prof Dr-Ing Michael Haibel 17

18 5 Entscheidungsmatrix für Systemauswahl Gegenüberstellung der Kosten Investitionskosten (total) Energiekosten für Anlagenbetrieb Wartungsaufwand bei jeweils optimierten Systemen gilt (inkl Baukörper): zentrale Systeme (tendenziell) Ø (abhängig von Systemaufbau) Ø LCC Ø dezentrale Systeme Ø (tendenziell) ØØ (abhängig von Systemaufbau) LCC ØØ Prof Dr-Ing Michael Haibel 18

19 6 Problempunkte bei Systemarten zentrale und dezentrale Systeme haben noch signifikante Problempunkte Handlungsbedarf hinsichtlich Neuentwicklungen Erweiterungen Optimierungen Prof Dr-Ing Michael Haibel 19

20 6 Problempunkte bei Systemarten am Beispiel dezentraler Systeme: Außenluftansaug über Fassade Perforation der Fassade Erarbeiten architektonischer Lösungen bereits im Entwurfsstadium dynamische Windlasten auf Gebäude Wetterschutz der Ansaugöffnung Umsetzung des Prinzips der dynamischen Poren Prof Dr-Ing Michael Haibel 20

21 Prof Dr-Ing Michael Haibel 21 6 Problempunkte bei Systemarten Außenluftansaug über Fassade Temperaturprofil an der Fassade Erarbeiten architektonischer Lösungen zur Verlängerung der Ansaugstrecke über Grenzschicht (im Kühlfall!) Verkleinerung der Grenzschichtdicke (im Kühlfall!) Außenluftansaug Temperaturgrenzschicht Q solar T x zt sehr hohe Temperaturen der Außenluft im Ansaugbereich am Beispiel dezentraler Systeme:

22 6 Problempunkte bei Systemarten am Beispiel dezentraler Systeme: Regelung und Automatisierung ganzheitliche Automatisierungsstrategien für Gebäude durchgängige Regelungskonzepte Intelligente Client - Regelungen Plug + Play - Systeme mit geräteunabhängigen Standards Prof Dr-Ing Michael Haibel 22

23 7 Ausführungsbeispiele zentrales Klimasystem mit Erdreichwärmetauscher (EWT): EWT RLT-Gerät Vorkonditionierung der Außenluft im Winter Sommer t t Ø damit: Senkung der Energiebedarfe zur Luftkonditionierung Prof Dr-Ing Michael Haibel 23

24 7 Ausführungsbeispiele Zonenkopf Hybridsystem mit Zonenkopf: zentrale Grundkonditionierung der Zuluft dezentrale Individualkonditionierung der Zuluft vor Zone damit: Kombination von zentralem und dezentralem System Prof Dr-Ing Michael Haibel 24

25 7 Ausführungsbeispiele Hybridsystem mit dezentraler Zuluft und zentraler Abluft : U Wärmerückgewinnung aus zentraler Abluft über Luft-Wasser-Wärmepumpe damit: Kombination von zentralem und dezentralem System LW-WP Prof Dr-Ing Michael Haibel 25

26 7 Ausführungsbeispiele dezentrales System: PWW / PKW Wärmerückgewinnung externe Medienversorgung (PWW; PKW) damit: klassische dezentrale Lösung Prof Dr-Ing Michael Haibel 26

27 7 Ausführungsbeispiele dezentrales System mit LL-WP: LL-WP Wärmerückgewinnung über LW-WP monovalenter Betrieb über WP Befeuchtung über Mikro-Befeuchter damit: autarke, dezentrale Lösung Prof Dr-Ing Michael Haibel 27

28 8 Fazit zentrale und dezentrale Klimatisierungssysteme haben gleichermaßen Stärken und Schwächen, abhängig von Klimaanforderungen Gebäudeart Gebäudenutzung Nutzererwartungen damit gilt: nicht entweder oder sondern sowohl als auch Prof Dr-Ing Michael Haibel 28

29 8 Fazit Schlußfolgerung: zentrale und dezentrale RLT-Systeme haben ihre jeweils dezidierten Anwendungsfelder dies bedeutet: Ökumene statt Glaubenskrieg Prof Dr-Ing Michael Haibel 29