Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf den Komfort und Hygiene

Transkript

1 Einfluss von Energieeffizienzmaßnahmen auf den Komfort und Hygiene Prof. Dr. Andreas H. Holm Auf Wissen bauen

2 Klimatisierung ist nicht mehr billig Anforderungen an Komfort und Energieeinsparung

3 Früher Anpassung der Nutzer an das instationäre Raumklima Kompensation niedriger Raumlufttemperatur durch Kleidung Schmeller 1834

4 Heute Anpassung der Nutzer an das stationäre Raumklima Sommerkleidung zu allen Jahreszeiten

5 Marketing Hygiene Komfort Energieeinsparung

6 Anforderungen an die Bewohner

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8 VERBESSERUNG DER GEBÄUDEHÜLLE

9 Quelle: Energieagentur NRW

10 Strahlungsasymmetrie Berechnung der Strahlungsasymmetrie nach ISO 7726 ΔT Raumtiefe (m) Fassade: Länge (m) Fassade: Länge (m) Fassade: Länge (m) U-Wert: 3.3 W/m²K U-Wert: 1.1 W/m²K U-Wert: 0.6 W/m²K Außen: -5 C, Innen: 24 C

11 Strahlungsasymmetrie Erforderliche Raumtemperatur für eine operative Temperature von 24 C T Raum Raumtiefe (m) Fassade: Länge (m) Fassade: Länge (m) Fassade: Länge (m) U-Wert: 3.3 W/m²K U-Wert: 1.1 W/m²K U-Wert: 0.6 W/m²K Außen: -5 C, Innen: 24 C

12 Niedrige Oberflächentemperaturen erfordern hohe Raumlufttemperaturen Niedrige Oberflächentemperaturen niedrige Operativtemperatur Um gleiche Operativtemperatur zu erreichen stellen Bewohner höhere Raumlufttemperatur ein steigender Energieverbrauch. 10 C Oberflächentemperatur und 26 C Raumlufttemperatur hohe lokale Strahlungsasymmetrie lokal termische Unbehaglichkeit. Trotz hoher Raumlufttemperatur (bei gleicher Operativtemperatur) sind Bewohner unzufrieden, wegen lokaler termischer Unbehaglichkeit.

13 REDUZIERUNG DER LÜFTUNGSWÄRMEVERLUSTE

14 Berechnung des Lüftungsbedarfs zur Schimmelvermeidung

15 ungedämmter Altbau mit alten Fenstern mit neuen Fenstern Stoßlüftung nicht mehr praktikabel!!!

16 Dichte Bauweise zur Reduktion der Lüftungswärmeverluste Neben Stoßlüftung stets eine ausreichende Grundlüftung nötig Dichtere Fenster nur in Verbindung mit Dämmmaßnahme oder mechanischer Lüftung Bei jeder Energiesparmaßnahme muss die Feuchtesituation des Bauwerks berücksichtigt werden!

17 RICHTIG LÜFTEN

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19 Fensterlüftung?

20 KONTROLLIERTE LÜFTUNG

21 Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung feuchtegeführte Abluftanlage Modellwohnung: Altbau mit WDVS 75 m 2, U-Wert = 0,25 W/ m 2 K (Wände) Fensterflächenanteil 20%, U-Wert = 1,1 W/ m 2 K mittig in einem mehrgeschossigen Zweispänner

22 Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung feuchtegeführte Abluftanlage Modellwohnung: Altbau mit WDVS 75 m 2, U-Wert = 0,25 W/ m 2 K (Wände) Fensterflächenanteil 20%, U-Wert = 1,1 W/ m 2 K mittig in einem mehrgeschossigen Zweispänner Innenraumbedingungen: Raumtemperatur: 21 C Feuchteproduktion: 3- Personen Haushalt

23 Fall 1: Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung 2 Ventilatoren mit Gesamtleistungsaufnahme von 35 W (handelsübliches Modell) Problem bei kalten Außentemperaturen und hohem Wärmerückgewinnungsgrad (WRG): Folge: Gegenstrategie: Feuchtebeladene Fortluft sinkt unter Taupunkttemperatur. Der Wärmetauscher friert ein. u.a. Anwendung eines Vorheizregisters (VHR) zur Erwärmung der Außenlufttemperatur (mit elektrischer Energie).

24 Fall 1: Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung 2 Ventilatoren mit Gesamtleistungsaufnahme von 35 W (handelsübliches Modell) Starttemperatur für das Einschalten des Vorheizregisters: abhängig vom Wärmerückgewinnungsgrad WRG 60 % 80 % 90 % VHR EIN ab einer Außenlufttemperatur von unter Erwärmen der Außenluft auf dann VHR AUS -12,3 C -4,0 C -1,2 C -9,0 C -1,5 C +1,0 C

25 Fall 2: Bedarfsgeführte (feuchtegeführte) Abluftanlage 1 Ventilator mit volumenstromabhängiger Leistungsaufnahme (im entsprechenden Bereich zwischen 12 W und 21 W)

26 Kontrollierte Lüftung Berechneter Energiebedarf ohne Berücksichtigung der Primärenergie-Faktoren Bedarfs geführt

27 Kontrollierte Lüftung Berechneter Energiebedarf mit Berücksichtigung der Primärenergie-Faktoren Bedarfsgeführte Abluftanlage

28 Zusammenfassung Lüftungssysteme Bewertung der Lüftungssysteme: Energiebedarf für Lüftungswärme bei bedarfsgeführter Abluftanlage höher als bei Zu- und Abluftanlage mit 80% WRG (Modellwohnung). Unter Berücksichtigung der jeweiligen Energieträger mit unterschiedlichen Primärenergiefaktoren bei Verwendung regenerativer Energien ist Primärenergiebedarf der bedarfsgeführten Abluftanlage geringer. Nur geringe Energiemehrkosten bei bedarfsgeführter Abluftanlage (ca. 45 /a) und keine Wartungskosten (Filterwechsel) sowie deutlich geringere Investitionskosten

29 STEIGERUNG DES HYGRISCHEN KOMFORTS

30 Beispiel: Niedrigenergiehaus in München Reihen-Mittelhaus 110 m² Betonwand mit WDVS U-Wert Wand 0.19 W/m²K 3-Scheiben-Fenster U-Wert 1 W/m²K g-wert 0.5 [-] Mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung 85 % 1 Familie Raumlufttemperatur C Raumluftfeuchte % Aussenklima (2 Erwachsene, 2 Kinder) München, Deutschland

31 Energiebedarf für Heizen und Kühlen Beurteilung der Behaglichkeits Heizleistung / Kühlleistung [kw] Heizenergie- / Kühlbedarf [kwh] Jahresheizbedarf: 3100 kwh (25 kwh/m²) D J F M A M J J A S O N Relative Feuchte [%]

32 Unterschiedliche Klimata in China Shenyang Shanghai Guangzhou Relative Feuchte [%] Heizen / Kühlen [kw]

33 Sensitiver und latenter Energiebedarf für heizen und kühlen Shenyang Shanghai Guangzhou Latenter Energiebedarf [kw] Sensitiver Energiebedarf [kw]

34 Herausforderungen in heißen und feuchten Klimazonen Klimaanlagen können nur entfeuchten, wenn sie gleichzeitig kühlen Die Entfeuchtungskapazität ist geringer als die Kühlkapazität Latentewärmelast kann höher sein als Kühllast, vorallem in sehr energieeffizeiten Gebäuden. Nur sensieble Wärmelast can durch passive Maßnahmen reduzeirt werden. In kalten und trockenen Klimazonen kann Feuchtelast durch Lüftunge reduziert werden. In heißen und feuchten Klimazonen entsteht durch Lüften zusätzliche Feuchtelast. Höhere relative Feuchte in Räumen Gefahr von Schimmelwachstum

35 Feuchtepufferung Puffer = Zwischenspeicher Die Feuchtepufferung der Gebäudehülle ist ein instationärer Vorgang der sowohl von den Feuchtespeichereigenschaften als auch von den Feuchtetransporteigenschaften der inneren Oberflächenschichten abhängt.

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37 Neuentwicklungen: Feuchtepuffernde Keramikfliesen Im relevanten Luftfeuchtebereich höhere Sorption als Holz Dämpfung der Feuchtespitzen im Raum

38 Einfluss der neuartigen Keramikfliese in unterschiedlichen Klimazonen In allen Klimazonen Verbesserung der Behaglichkeit

39 Einfluss der neuartigen Keramikfliese in unterschiedlichen Klimazonen In allen Klimazonen Energieeinsparung

40 Feuchtepufferung Vorteile feuchtepuffernder Materialien Gleichmäßigeres Raumklima bei instationärem Heizbetrieb oder großen Veränderungen der Feuchtelast Behaglichkeitsgewinn Energieeinsparung für Befeuchtung und Trocknung der Luft Nachteil feuchtepuffernder Materialien Wirksamkeit der Stoßlüftung wird vermindert

41 Innovatives Kühlen und Entfeuchten Neuentwicklung: mit gekühltem Wasserfilm Feuchte in der Luft kondensiert auf der Oberfläche eines gekühlten Wasserfilms Entfeuchtung der Raumluft Reduzierung der Raumlufttemperatur Kalte Oberfläche wirkt als Senke für langwellige Strahlung

42 Entfeuchten und Befeuchten der Raumluft Kühlen und Heizen Wärmesenke in Brunnennähe Energiesparend Keine störende Zugluft

43 Funktionsprinzip

44 Versuchsszenario: Entfeuchten Messergebnisse: Randbedingungen: BW: 4 C Raum: 26 C, konstant

45 Versuchsszenario: Kühlen Messergebnisse: Randbedingungen: BW: 4 C Außen: C Raum unbeheizt keine Befeuchtung

46 Klimatisierung ist nicht mehr billig Anforderungen an Komfort und Energieeinsparung Energieeffizienz und Behaglichkeit sind in Einklang zu bringen! Energieeinsparung ohne ein optimales Raumklima ist eine schlechte Investition.