Handbuchreihe Energieberatung I Energiemanagement

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1 Handbuchreihe Energieberatung I Energiemanagement Herausgegeben von Professor Dr. Dietmar Winje Technische Universität Berlin Professor Dr.-Ing. Rolf Hanitsch Technische Universität Berlin ßand I Energiemanagement G. Borch, M. Fürböck, L. Mansfeld, D. Winje Grundlagen des Energiemanagements Betriebliche Energiemanagementprogramme Energieversorgungskonzepte - Regionales Energiemanagement Rahmenbedingungen des Energiemanagements Band II Energiewirtschaft D. Winje, D. Witt Grundzusammenhänge der Energiewirtschaft Wirtschaftlichkeitsberechnung Band 111 Physikalisch-technische Grundlagen G. Bartsch Thermodynamik der Energiewandlung Grundlagen der Wärmeübertragung Strömungslehre Band IV Wärmetechnik K. Endrullat, P. Epinatjeff, D. Petzold, H. Protz Grundlagen der Heiz- und Lufttechnik Anwendung der Heiz- und Lufttechnik Wärmepumpen und Abwärmenutzung Band V Elektrische Energietechnik R. Hanitsch, U. Lorenz, D. Petzold Verteilung und Verbrauch elektrischer Energie Spezielle Energiewandler Meß- und Regelungstechnik Band VI Rationelle Energieverwendung im Hochbau P. Epinatjeff, B. Weidlich Bauphysikalische Grundlagen Klimagerechtes Planen und Bauen Rationelle Energieverwendung durch Maßnahmen am Gebäudebestand

2 Dipl.-Ing. Klaus Endrullat Dipl.-Ing. Peter Epinatjeff Dipl.-Ing. Dieter Petzold Prof. Dipl.-lng. Hubertus Protz Band IV Wärmetechnik Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Energieberatung, Energiemanagement: Handbuchreihe I hrsg. von Dietmar Winje; Rolf Hanitsch. - Berlin; Heidelberg; NewYork; Tokyo: Springer; Köln: Ver!. TÜV Rheinland NE: Winje, Dietmar [Hrsg.]; Bd. 4. Wärmetechnik Wärmetechnik I Klaus Endrullat... - Berlin; Heidelberg; New York; Tokyo: Springer; Köln: Ver!. TÜV Rheinland, Energieberatung, Energiemanagement; Bd. 4) NE: Endrullat, Klaus [Mitverf.] ISBN ISBN (ebook) DOI / Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersel/ung, des Nachdrucks, der Entnahme von A b b i l d der u n Funksendung, g ~ n. der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Die Vergütungsansprüche des 54, Abs. 2 UrhG werden durch die, Verwertungsgesellschaft Wort', München, wahrgenommen. by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1987 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo Softcoverreprint ofthe bardeover Istedition 1987 (iesamtherstellung: Verlag TÜV Rheinland GmbH, Köln 1987 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. 2068/ ()

4 Vorwort der Herausgeber In industrialisierten Gesellschaften sind eine effiziente Energieversorgung und eine rationelle Energienutzung wesentliche Voraussetzungen für die wirtschaftliche Entwicklung. Insbesondere in den letzten 15 Jahren sind die offenkundig gewordene Knappheit der energetischen Rohstoffe, deren zeitweilig drastische Preiserhöhungen sowie die mit dem Energieeinsatz verbundenen Umweltbelastungen verstärkt in den Vordergrund öffentlichen Interesses getreten. In vielen Bereichen werden Anstrengungen unternommen, um Lösungsbeiträge für diese Probleme zu erarbeiten. Dabei hat sich gezeigt, daß Maßnahmen zur sparsamen und rationellen Energieverwendung in nahezu allen Sektoren der Volkswirtschaft einen höheren Stellenwert erhalten haben. Die Behandlung dieser Aufgaben hat eine lange Tradition und wird von verschiedenen Fachdisziplinen wahrgenommen. Aus den gemachten Erfahrungen wurde deutlich, daß die Erhöhung der Effizienz von Energieversorgung und Energienutzung eine Vorgehensweise erfordert, die einen übergreifenden Systemansatz verfolgt und die durch eine koordinierte Anwendung des Wissens aus verschiedenen Fachgebieten charakterisiert ist. So ist es oft erforderlich, daß bei umfangreichen Vorhaben Ingenieure der Energie- und Verfahrenstechnik mit Ingenieuren der Elektrotechnik und des Bauingenieurwesens zusammenarbeiten und für alle eine Kooperation mit Wirtschaftswissenschaftlern und Planern zur Lösung von Energieproblemen angebracht ist. Die vorliegende Handbuchreihe soll, aufbauend auf dem Wissen traditioneller Fachgebiete, eine zusammenfassende Behandlung der Möglichkeiten einer sparsamen und rationellen Energieverwendung in wichtigen Verbrauchsbereichen geben. Dabei wird ein Schwerpunkt auf eine umfassende und fachübergreifende Betrachtungsweise gelegt. Im Vordergrund steht das Anliegen, Energiefachleuten verschiedener technischer Disziplinen Erkenntnisse aus jeweils anderen Fachrichtungen zu vermitteln und gleichzeitig systemorientierte Ansätze aufzuzeigen. Ein weiteres Ziel der Handbuchreihe besteht darin, Energiefachleuten neben technischen Zusammenhängen auch betriebswirtschaftliche Grundlagen wie Investitionsrechnungen oder Organisationstechniken im Hinblick auf Maßnahmen zur effizienten Energienutzung nahezubringen. Methoden des Energiemanagements sollen dann Möglichkeiten und Wege deutlich machen, wie technische Optionen der rationellen Energienutzung nicht nur aufgezeigt und wirtschaftlich beurteilt werden, sondern die hierzu erforderlichen Maßnahmen auch konkret umgesetzt werden können. Die Handbuchreihe ist daher für Energiefachleute konzipiert, seien es Ingenieure, Architekten, Planer oder Wirtschaftswissenschaftler, die mit der rationellen Energieversorgung und -Verwendung befaßt sind oder eine derartige Tätigkeit anstreben.

5 Die Handbuchreihe umfaßt sechs Einzelbände, die jeweils aus einer problemorientierten Sicht Beiträge zur rationellen Energieverwendung enthalten. Die Herausgeber konnten auf den Sachverstand von weiteren Fachgebietsvertretern der Technischen Universität Berlin zurückgreifen. Diese haben Zielvorstellungen und Konzeptionen der jeweiligen Bände in den Einleitungen zusammengefaßt. Der Band I "Energiemanagement" zeigt die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Durchführung von energiesparenden Maßnahmen und Energieprogrammen, Beispiele durchgeführter Projekte aus verschiedenen Verbrauchssektoren sowie Rahmenbedingungen für das Energiemanagement. Der Band II stellt grundsätzliche Zusammenhänge der Energiewirtschaft dar und erläutert Ziele, Methoden und Beispiele von Wirtschaftlichkeitsberechnungen. Im Band III wird dargestellt, wie die Thermodynamik der Energiewandlung, die Wärmeübertragung und die Strömungslehre bei der Planung technischer Maßnahmen Berücksichtigung finden. Komponenten, die für eine effiziente Heiz- und Lufttechnik erforderlich sind, sowie Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen und Vorschläge für die Abwärmenutzung finden sich im Band IV. Elektrische Energietechnik mit den Bereichen Verteilung und Verbrauch elektrischer Energie, mit Energieeinsparungsmöglichkeiten bei speziellen Energiewandlern und mit den Einsatzmöglichkeiten der Meß- und Regelungstechnik werden im Band V dargestellt. Im Band VI erfolgt eine Darstellung der rationellen Energieverwendung im Hochbau, wobei bauphysikalische Grundlagen, Vorschläge zum klimagerechten Planen und Bauen sowie Maßnahmen am Gebäudebestand analysiert werden. Beim Verfassen der Handbuchreihe konnten die Autoren auf Erfahrungen im Rahmen des Weiterbildungsprogrammes Energieberatung I Energiemanagement zurückgreifen, das an der Technischen Universität Berlin seit dem Jahr 1983 durchgeführt wird und insbesondere für Energiefachleute aus der Praxis entwickelt worden ist. Die hohe Zahl der bisherigen Teilnehmer aus der betrieblichen Praxis in Energieversorgungsunternehmen, öffentlichen Einrichtungen, Industriebetrieben und Ingenieurbüros hat gezeigt, daß der eingeschlagene Weg einer systemorientierten und mehrere Fachdisziplinen zusammenfassenden Darstellung von Ansätzen zur sparsamen und rationellen Energieverwendung auf große Resonanz gestoßen ist. Die Autoren haben dabei von den Teilnehmern des Weiterbildungsprogrammes viele Anregungen und Hinweise erhalten. Den Teilnehmern sei an dieser Stelle gedankt. Bei den Autoren bedanken wir uns für die konstruktive Zusammenarbeit. Umfangreiche Veröffentlichungen wie diese können nur durch die Mithilfe von anderen entstehen. Es ist kaum möglich, alle namentlich zu benennen. Stellvertretend für alle anderen Mitwirkenden möchten wir uns bei Frau Dagmar Eder und Frau Ann-Kristin Wienke bedanken, die mit großer Sorgfalt und viel Geduld von Anfang an Herausgeber und Autoren unterstützt haben. Dietmar Winje und Rolf Hanitsch

6 Inhaltsübersicht Grundlagen der Wärmetechnik 3 Klaus Endrullat, Peter Epinatjeff 1 Meteorologie 7 2 Ziel und Aufgabe eines Heizsystems 25 3 Ziele und Aufgaben von lufttechnischen Systemen 56 4 Funktion und Aufbau einer Heizanlage 61 5 Funktion und Aufbau einer lufttechnischen Anlage 66 6 Klassifizierung von Heizanlagen 88 7 Klassifizierung von lufttechnischen Anlagen Gesamtsystem Gebäude Teilsystem Heizung und/oder lufttechnische Anlage 115 Heiztechnik 121 Klaus Endrullat 10 Wärmeerzeugungsverluste Wärmeverteilungsverluste Wärmeabgabeverluste Energiebedarf der Heizung 217 Warmwassertechnik 241 Klaus Endrullat 14 Ziel und Aufgabe der Warmwassertechnik Klassifizierung von Warmwassererwärmungssystemen Verluste von Warmwassererwärmungssystemen Warmwasserbedarf oder -verbrauch 264 Lufttechnik 277 Klaus Endrullat 18 Energieverbrauchende Prozesse lufttechnischer Anlagen 281 Wärmepumpen 331 Dieter Petzold 19 Grundlagen für Wärmepumpen Anwendung der Wärmepumpe für Heizzwecke Wärmepumpen zur Warmwasserbereitung 381

7 Abwärmenutzung Dieter Petzold Vorgehensweise bei der Beurteilung der Nutzungsmöglichkeit von Abwärme Passive Systeme zur Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung Aktive Systeme zur Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung Abwärmeverwertung für Energiewandlungsprozesse Sachwortverzeichnis