Thermische Behaglichkeit unter instationären Bedingungen Untersuchungen in einem neuartigen Versuchsumfeld

Transkript

1 Fachverband Gebäude-Klima e. V. Thermische Behaglichkeit unter instationären Bedingungen Untersuchungen in einem Priv.-Doz. Dr. Ing. habil J. Seifert / Dipl.-Ing. L. Schinke / Dipl.-Ing. M. Beyer / Dipl.-Ing. A. Buchheim () Berlin, 14./15. April 2016 Folie 1

2 Inhalt des Vortrages: 1. Ausgangssituation 2. Methodik der Untersuchungen 3.1 Versuchsstandkonzept 3.2 Versuchsablauf 4. Erste Ergebnisse 5. Fazit / Ausblick Folie 2

3 1. Ausgangssituation - ausreichend Erkenntnisse zu stationären Behaglichkeitsuntersuchungen - ISO 7730 / EN / EN globale thermische Behaglichkeit lokale thermische Behaglichkeit beide Kriterien müssen erfüllt sein um thermische Behaglichkeit zu gewährleisten Problem: Anlagentechnik im Gebäude wird zunehmend intermittierend betrieben (Tag- / Nachtabsenkung, benutzerabhängige Lüftung) Folie 3

4 Kriterien für instationäre thermische Behaglichkeit (ISO 7730) ϑ Temperaturzyklus ϑ < 1 K ϑ Temperaturdrift / -gefälle ϑ 1 ϑ < 2 K/h τ ϑ 2 Zeit Zeit ϑ Temperaturübergang ϑ - große Änderungen von ϑ werden unmittelbar wahrgenommen - PMV und PPD können angewendet werden - ca.30 min Zeitkonstante des Körpers Zeit nur wenige Aussagen zur instationären thermischen Behaglichkeit Folie 4

5 2. Methodik der Untersuchung 2.1 Versuchsstandkonzept Elektrischer Versuchsstand Thermischer Versuchsstand Übergabesystem Erzeugungssystem Combined Energy Lab 2.0 HIL-Versuchstand der Erzeugung Verteilung Übergabe + Kombination mit Energienetzen Folie 5

6 Raum ist Bestandteil eines virtuellen Gebäudes, mit Variation von: - Oberflächentemperaturen (ϑ OF = C) - Lüftungs- / Klimaanlage zur Raumluftkonditionierung (φ=20 90%, ϑ ZU = C) Detailansichten des Versuchsraumes (Wandsegment / Oberflächentemperaturen) Folie 6

7 2.2 Versuchsablauf - unterschiedliche Phasen bei einer Probandenbefragung Temperaturanstieg ϑ op ϑ op Initialisierung ϑ op,start ϑ op,t ϑ op,start τ Versuch Zeit F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 Temperaturabfall τ 1 τ 2 τ 3 τ 4 τ 5 Zeit ϑ op ϑ op,start ϑ op,t τ Versuch Zeit Folie 7

8 kontinuierliche Probandenbefragung nach jedem Zeitintervall τ Initialisierung + Betrieb (Empfinden / Änderungswunsch) 3. Frage nach Empfindung 4. Folie 8

9 3. Erste Ergebnisse - Probandenbefragung mit derzeit 10 Personen (aktueller Stand) - Frauen und Männer unterschiedlichen Alters bis 44 Jahre (nicht repräsentativ für die Bevölkerung) - leichte Bürokleidung als Randbedingung, sitzende Tätigkeit, ϑ/h= 2 K/h 10 9 männlich weiblich Kenndaten zu den aktuellen Probanden 8 Probandenanzahl < Altersgruppen Folie 9

10 Qualität des Versuchstandes Abweichung der operativen Temperatur vom Initialisierungswert in K 3,0 2,5 2,0 Sollwert Istwert Sollwertabweichung 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0-0, Zeit in s 0,9 0,6 0,3 0,0-0,3-0,6 Sollwertabweichung in K Dynamischer Verlauf der Operativen Raumtemperatur Sollwert / Istwert / Abweichung - dynamischer Verlauf sehr gut reproduzierbar ( ϑ op 0,3K ) Folie 10

11 - Mischlüftungskonzept (Zuluft oben / Abluft unten ) Innenansicht des Versuchstandes mit Zuluftöffnungen und Messbaum Folie 11

12 Probandenbefragung 1 (Temperaturen / Empfinden / Temperaturabfall) Operative Raumtemperatur in C 24,0 23,5 23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 20,5 20, Bewertung der momentanen Raumtemperatur Anfang Messung Ende Messung Probandenbefragung Temperaturabfall Proband Proband - 22 C ϑ OP 23 C entspricht den Vorgaben der DIN EN ISO 7730 (Klasse A) - am Ende des Messzyklus wird die thermische Behaglichkeit als leicht zu kühl eingeschätzt Folie 12

13 Probandenbefragung 1 (Temperaturen / Empfinden / Temperaturanstieg) Operative Raumtemperatur in C 24,0 23,5 23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 20,5 20, Bewertung der momentanen Raumtemperatur Anfang Messung Ende Messung Probandenbefragung Temperaturanstieg Proband Proband ϑ op =22 C entspricht den Vorgaben der DIN EN ISO 7730 (Klasse A) - am Ende des Messzyklus wird die thermische Behaglichkeit als zu kühl eingeschätzt Temperaturabsenkungen werden als kritisch eingeschätzt Folie 13

14 Bewertung der mom. Raumtemperatur negative Änderungen werden als störend empfunden 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04: Änderung der operativen Raumtemperatur in K Zeit in h Probandenbefragung Temperaturanstieg: Bewertung der momentanen operativen Raumtemperatur - trotz absolut höherer Temperaturen als im Beharrungszustand werden negative Temperaturgradienten deutlich selektiv wahrgenommen Folie 14

15 Wunsch der Raumtemperaturänderung bei hohem Temperaturniveau kaum Wunsch nach Verringerung 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 Zeit in h Probandenbefragung Temperaturanstieg: Wunsch nach der Änderung der operativen Raumtemperatur - verhaltener Wunsch nach Reduktion der Raumtemperatur --- Speicherpotential - deutlicher Wunsch nach Erhöhung der Raumtemperatur bei negativen Gradienten Änderung der operativen Raumtemperatur in K negative Änderungen werden als störend empfunden Folie 15

16 4. Fazit und Ausblick Versuchssetup zur realitätsnahen Analyse von TGA Systemen im instationären Betrieb vorhanden derzeit 10 Probanden analysiert (Ziel: mindestens 50) Beharrungsvermögen des Menschen ist signifikant negative Temperaturgradienten werden deutlich selektiver detektiert weitere Analysen zu Temperaturgradienten (Rampenfunktion 1 4 K/h) Kombination von Heizsystemen mit Lüftungssystemen (stationär / instationär) verstärkte Zusammenarbeit mit den Fachgebieten Psychologie (Mensch - Technik - Interaktion) Regelstrategien von gebäudetechnischen Anlagen Folie 16