Wärmeabgabesysteme Für jeden Raum das Richtige!

Transkript

1 Wärmeabgabesysteme Für jeden Raum das Richtige! Vasko+Partner Ingenieure Christian Steininger Vortrag Pinkafeld 31. März 2016

2 Inhalt Wärmeabgabesysteme Mensch Behaglichkeit Systeme Grundlagen, freie Heizflächen / Flächenheizungen Allgemeine Merkmale Auswahlkriterien Literatur Wärmeabgabesysteme 31. März

3 Mensch - Behaglichkeit

4 MENSCH Behaglichkeit Behaglichkeit wird subjektiv empfunden. Wichtige Parameter Raumtemperatur operative Temperatur Luftbewegung Zugluft Raumluftfeuchte Bekleidung Tätigkeitsgrad Beleuchtung Reinheit der Luft Wärmeabgabesysteme 31. März

5 MENSCH Behaglichkeit Winter Strahlungsaustausch bei Heizkörper-, Fußboden- oder Deckenheizung Strahlungseinfluss und Behaglichkeit bei einer Raumlufttemperatur von 21 C und unterschiedlichen U-Werten der Außenwand Wärmeabgabesysteme 31. März

6 MENSCH Behaglichkeit ÖNORM EN ISO 7730: Ergonomie der thermischen Umgebung Lokale thermische Unbehaglichkeit durch asymmetrische Strahlungstemperatur Unzufriedene in Abhängigkeit der Fußbodenoberflächentemperatur Wärmeabgabesysteme 31. März

7 MENSCH Behaglichkeit DIN (zurückgezogen): Näherungsgleichung für die örtliche operative (empfundene) Temperatur t o t a örtliche Lufttemperatur in C t o = 0,5 (ta + tr) t r örtliche Strahlungstemperatur in C Näherungsweise entspricht die operative (empfundene) Temperatur dem Mittelwert aus der Raumlufttemperatur und den gewichteten Oberflächentemperaturen der Raumumschließungsflächen. Wärmeabgabesysteme 31. März

8 Systeme Grundlagen, freie Heizflächen / Flächenheizungen

9 SYSTEME Heizungssysteme Berechnung der Heizlast Für die Auslegung der Wärmeabgabesysteme (Heizkörper usw.) ist die jeweilige Raumheizlast ausschlaggebend; Norm-Heizlast nach ÖN EN bzw. ÖN H 7500 (stationäre Berechnung) Transmissions-Wärmestrom Lüftungs-Wärmestrom (Infiltration, notwendiger Luftwechsel) zusätzliche Aufheizleistung dynamische Simulation (solare Gewinne und innere Lasten können berücksichtigt werden) Wärmeabgabesysteme 31. März

10 SYSTEME Heizungssysteme Systeme zur Konditionierung (Beheizung) von Innenräumen Einzelheizungen Kaminöfen, Kachelöfen elektrische Raumheizgeräte Öl-/gasbeheizte Öfen Gasstrahlungsheizung (Hell-/Dunkelstrahler) Luftheizungen (Wohnraum-) Lüftung, Torluftschleier, freie Heizflächen bauteilintegrierte Heizflächen Kombinationen! Wärmeabgabesysteme 31. März

11 SYSTEME Heizungssysteme Auswahlkriterien: Heizleistung Architektur (Design, Farbgestaltung, ) Platzbedarf, Gewicht Fensterflächen Anteil Strahlung/Konvektion Regelfähigkeit, Montageaufwand Lebensdauer (Korrosion) Wartung, Reinigung Wärmeabgabesysteme 31. März

12 SYSTEME Einleitung Übersicht Wärmeabgabesystem / Raumheizeinrichtungen Wärmeabgabesysteme 31. März

13 SYSTEME Heizungsanlage - Wärmeabgabe Freie Heizflächen Strahlung / Konvektion Maßgeblich ist der Heizköperexponent Plattenheizkörper n = 1,20 1,30 Konvektor n = 1,25 1,40

14 SYSTEME Freie Heizflächen Strahlung - Konvektion Konvektion Strahlung Wärmeabgabesysteme 31. März

15 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Heizungsanlage - Wärmeabgabe Heizungsanlage - Wärmeabgabe Heizkörper (freie Heizflächen) Anordnung bei Fenster (vorzugsweise) => Abschirmung von kalten Oberflächen (Fenster) ist bei Flächenheizungen besonders zu beachten!

16 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Heizungsanlage - Wärmeabgabe Bauteilintegrierte Systeme spezifische Leistung Basiskennlinien: Fußbodenheizung q = 8,92 θ Oberfläche θ Luft 1, 1 Wandheizung q = 8,0 θ Oberfläche θ Luft 1, 0 Deckenheizung q = 6,0 θ Oberfläche θ Luft 1, 0 Wärmeabgabesysteme 31. März

17 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Wärmeabgabe - Heizflächen Heizkörper Konvektoren Deckenstrahlplatten Tieftemperatur -Heizkörper Wärmeabgabesysteme 31. März

18 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Wärmeabgabe - bauteilintegriert Fußboden Wand Decke Wärmeabgabesysteme 31. März

19 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Wärmeabgabe - bauteilintegriert Bauteilaktivierung aktivierte Decken Wärmeabgabesysteme 31. März

20 SYSTEME Systeme der Gebäudetechnik Ventilatorkonvektoren Wand Decke - Unterflur Wärmeabgabesysteme 31. März

21 Allgemeine Merkmale

22 GRUND LAGEN Allgemeine Merkmale Freie Heizflächen Freie Heizflächen einfache / bekannte Systeme gute Regelbarkeit im Allgemeinen höhere Vorlauftemperatur Wärmeabgabe: überwiegend Konvektion (starke Abhängigkeit von der Bauform Heizwände vs. Konvektoren Dimensionierung: Anordnung von Heizkörpern unter den Fenstern ist im Allgemeinen ausreichend. Regelung: Thermostatventile (P-Regler ohne Hilfsenergie) Positionierung/Dimensionierung Einbindung in eine Einzelraumregelung (thermoelektrischer/stetiger Antrieb) bei relativ hohen inneren Lasten ist die Kälteabstrahlung bei geschlossenen Ventilen zu beachten (ggf. ist ein Mindestdurchfluss vorzusehen)

23 GRUND LAGEN Allgemeine Merkmale Bauteilintegrierte Systeme Bauteilintegrierte Systeme einfache Systeme Regelbarkeit eingeschränkt bei niedrigen VL-Temperaturen ist der Selbstregelungseffekt wirksam niedrige Vorlauftemperatur möglich (d.h. sehr gut mit z.b. Wärmepumpensystemen kombinierbar) Wärmeabgabe: hoher Strahlungsanteil sehr gute Gebäudehülle erforderlich (Leistung beschränkt) Trägheit/Speicherwirkung ist zu beachten Dimensionierung: Die Fußboden-/Deckenflächen müssen im Allgemeinen vollflächig belegt sein

24 GRUND LAGEN Allgemeine Merkmale Bauteilintegrierte Systeme Bauteilintegrierte Systeme Wandheizung: freie Wandfläche erforderlich Deckenheizung: sehr gut für Kühlung geeignet ohne zusätzliche Systeme nur mit einer sehr guten Hülle möglich (Behaglichkeit!) Fußbodenheizung: sehr gut einsetzbar bei gut leitenden Fußbodenbelägen Fenster/Außenwände: Zur Sicherstellung des Komforts müssen ggf. Randzonen (kleinerer Verlegeabstand) oder zusätzliche freie Heizflächen vorgesehen werden.

25 GRUND LAGEN Allgemeine Merkmale Ventilator-Konvektor (Fan-Coils) Ventilator-Konvektor einfache Systeme sehr gute Regelbarkeit geeignet für Heizung und Kühlung Wärmeabgabe: nur Konvektion beliebige Leistungen möglich Wartung/Betriebskosten! zu beachten sind die Lärmemissionen und das Zugluftrisiko In den vergangenen Jahren wurden große technologische Fortschritte bei Ventilatorkonvektoren (Fan-Coils) erreicht (ECventilatoren, optimiertes Strömungsbild) Regelung: lokales Thermostat inkl. Stufenschaltung/Drehzahlregelung für die Ventilatoren Einbindung in eine Einzelraumregelung

26 GRUND LAGEN Allgemeine Merkmale Luftheizung Luftheizung Wohngebäude: Bei einem hygienischen Mindestluftwechsel von etwa 0,4 h-1 kann bei Zulufttemperaturen bis maximal 50 C eine Heizlast von etwa 10 W/m² gedeckt werden => Passivhäuser zu beachten sind die Lärmemissionen und das Zugluftrisiko trockene Luft (insbesondere bei einem zu hohen Luftwechsel) Wartung/Betriebskosten! Regelung: lokales Thermostat inkl. Stufenschaltung/Drehzahlregelung für die Ventilatoren Einbindung in eine Einzelraumregelung

27 Auswahlkriterien

28 AUSWAHL Wärmeabgabesysteme Auswahlkriterien Gebäude (Räume) mit einer niedrigen spezifischen Heizlast ( energieoptimiert konzipiert ) der relativ geringe Wärmebedarf kann (beinahe) mit beliebigen Systemen eingebracht werden wichtig ist die mögliche Kombination für Kühlzwecke große Fensterflächen Konvektoren/Unterflurkonvektoren sind gut geeignet Komfortprobleme bei großen/hohen Fenstern zu vermeiden bei einer FBH ist besondere Sorgfalt angebracht Komfortprobleme können nur mit Einschränkungen vermieden werden Wärmeerzeugung mit niedrigen VL-Temperaturen (z.b. Wärmepumpen) Flächenheizungen zu beachten ist, dass die Heizleistung begrenzt ist Wärmeabgabesysteme 31. März

29 AUSWAHL Wärmeabgabesysteme Auswahlkriterien hoher Lüftungs-Wärmebedarf (z.b. Schulen) Kombination von Radiatoren und Lüftung hohe Räume Deckenstrahlplatten Fußbodenheizung hohe innere Lasten (z.b. Büros) Konvektoren/Unterflurkonvektoren Ventilatorkonvektoren (für Kühlung geeignet) FBH sind z.b. in Bürogebäuden und Schulbauten nur bedingt geeignet Herausforderung in Großraumbüros (z.b. in Übergangszeiten): Randbereiche: aus Komfortgründen ist eine Abschirmung der Kälteabstrahlung erforderlich (=> Heizung) Innenzonen: ggf. bereits Kühlung erforderlich Wärmeabgabesysteme 31. März

30 AUSWAHL Wärmeabgabesysteme Auswahlkriterien Regelung der Wärmeabgabesysteme Konvektoren/Unterflurkonvektoren => Thermostatventile Abschirmung von Strahlungskälte muss auch bei hohen inneren Lasten gegeben sein (ggf. Minimalbegrenzung der Ventile) FBH: erst ab einer Vorlauftemperatur von ca. < 30 C ist der Selbstregelungseffekt effektiv Vorlauftemperatur wird im Allgemeinen in Abhängigkeit der Außentemperatur geregelt (Heizkurve) Die getätigte Aufteilung von Heizkreisen in z.b. eine Nord- und Südzone ist oftmals zu hinterfragen (die Reglung der VL- Temperatur erfolgt in Abhängigkeit der Außentemperatur; die Raumtemperaturregelung erfolgt über z.b. Thermostatventile) Wärmeabgabesysteme 31. März

31 Literatur

32 LITERATUR Wärmeabgabesysteme Quellen/Auswahl Literatur Christoph Schmied et al.: Heizung/Lüftung/Elektrizität Energietechnik im Gebäude, vdf Hochschulverlag an der ETH Zürich, 4. Auflage, Zürich Joachim Seifert: Repetitorium Heizungstechnik, VDE-Verlag, Berlin Recknagel/Sprenger: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 2015/2016, Deutscher Industrieverlag, München Krimmling (Hrsg.): Atlas der Gebäudetechnik, Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln ÖNORM EN ISO 7730 (2006): Ergonomie der thermischen Umgebung. diverse Firmenunterlagen eigene Berechnungen/Fotos/Aufzeichnungen Wärmeabgabesysteme 31. März

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!