Unterschiede im Heizverhalten

Transkript

1 2. Vortrag: Vergleich Infrarotheizung vs. Konvektionsheizung 1. Allgemeine Informationen, wissenschaftliche Grundlagen, Normen 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz 3. Einsatzmöglichkeiten im Wohnen und im Gewerbe / Unterschiede im Heizverhalten Im Rahmen einer einfachen Simulationsrechnung für zwei Idealfälle wird das sehr deutlich. a) Konvektionsheizkörper ( convector ) Rippentemperatur 60 C, Wärmeleistung 1,5 kw (Wärmestrahlung am Heizkörper vernachlässigt) b) Strahlungsheizplatte ( radiator ) Oberflächentemperatur 120 C, Wärmeleistung 1,1 kw (Konvektion am Heizkörper vernachlässigt) Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim 3 1

2 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim 4 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim 12 2

3 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim letztes Bild 20 Die einzelnen Heizungsarten haben ein unterschiedliches Verhältnis zwischen Strahlung und Konvektion 22 3

4 Arten der Heizung I 23 Arten der Heizung II Und das Haus wird abgedichtet

5 Arten der Heizung III 25 Arten der Heizung IV 26 5

6 Arten der Heizung V 27 Ein bisschen Theorie zur Wärmeausbreitung Konvektion Leitung Strahlung Q h 26 C 20 C 17 C 28 6

7 Wärmekonvektion Wärmeleistung, die durch ein Medium (Luft od. Wasser) wegtransportiert wird[w]:.. Q = m * c * (T o T u ). m = Massestrom pro Zeit c = spezifische Wärme T o bzw. T u = unteres bzw. oberes Temperaturniveau 29 Wärmeleitung Wärmeleistung, die durch die Fläche A hindurchfließt [W]:. Q = U * A * T Der Wärmedurchgangskoeffizient U eines Bauteils gibt an, wie viel Wärme durch einen Quadratmeter bei einer Temperaturdifferenz von 1 K fließt --> gedämmte Wand: U = 0,3 W/(m²K) --> ungedämte Wand: U = 1,5 2,5 W/(m²K) --> Isolierglasfenster: U = 2,5 3,0 W/(m²K) U = 1 / (1/α i + d 1 /λ 1 + d 2 /λ d n /λ n + 1/α a ) --> Außenwand: 1/α i = 0,13 (m²k)/w 1/α a = 0,04 (m²k)/w --> Decke, Wärme unten --> oben: 1/α i = 0,13 (m²k)/w 1/α a = 0,13 (m²k)/w --> Decke, Wärme oben --> unten: 1/α i = 0,17 (m²k)/w 1/α a = 0,17 (m²k)/w 30 7

8 Wärmestrahlung I Wärmeleistung, die über die Fläche A als Strahlung ausgesendet wird [W]:. Q = A * ε * 5,67 * 10-8 W / m² K 4 * (T HK4 ) A = Fläche Heizkörper ε = Emissionskoeffizient Heizkörper ( ca. 0,9) T HK bzw. T Wand = Oberflächentemperaturen 31 Wärmestrahlung II Wärmeleistung, die über die Fläche A als Strahlung absorbiert wird [W]:. Q = A * ε * 5,67 * 10-8 W / m² K 4 * (T Wand4 ) A = Fläche Heizkörper ε = Emissionskoeffizient Heizkörper ( ca. 0,9) = Absorptionskoeffizient T HK bzw. T Wand = Oberflächentemperaturen 32 8

9 Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung Nahes Infrarot: IR-A-Strahlung 0,78 1,40 µm IR-B-Strahlung 1,40 3,00 µm Mittleres Infrarot: IR-C-Strahlung 3 50 µm Fernes Infrarot IR-C-Strahlung µm (auch Terahertzstrahlung) 33 Elektromagetisches Spektrum Quelle: Wikipedia 34 9

10 35 Quelle: Wikipedia 36 10

11 Spektrale spezifische Ausstrahlung von Plattenheizkörpern (W/(m² μm) C 110 C 80 C 50 C 30 C Wellenlänge in µm 38 11

12 Wärmestrahlung III Wärmeleistung, die über die Fläche A in Form von Strahlung mit dem Raum ausgetauscht wird [W]:. Q = A * ε * 5,67 * 10-8 W / m² K 4 * (T HK 4 - T Wand4 ) A = Fläche Heizkörper ε = Emissionskoeffizient Heizkörper ( ca. 0,9) T HK bzw. T Wand = Oberflächentemperaturen 39 Wärmestrahlung IV (elektrisch betriebene Heizkörper) Strahlungswirkungsgrad η Str. = Verhältnis zwischen Strahlungsaustauschleistung und elektrischer Leistungsaufnahme. η Str. = Q Austausch / P elektr. Konv. Elektr. Leistung Str

13 Wärmestrahlung V (hydraulisch mit Heizwasser betriebene Heizkörper) Strahlungswirkungsgrad η Str. = Verhältnis zwischen Strahlungsaustauschleistung und thermischer Leistungsaufnahme. η Str. = Q Austausch / P therm. Konv. therm. Leistung Str

14 Auswirkung auf das Heizverhalten Temperaturverteilung Wand / Raumlauft Wirkung auf Konvektion, Feuchtigkeit, Behaglichkeit 43 Wärme Wärme? Die DIN EN ISO 7730 definiert die thermische Behaglichkeit

15 Wärme Wärme? Operative Temperatur (= gefühlte Temperatur) a 0,5 (ruhende Luft) 45 Thermische Behaglichkeit Innere Wandtemperatur vs. Außentemperatur Behaglichkeitsfeld 46 15

16 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Effizienzmessungen Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Messvorhaben 2 gleiche Wohnungen in einem 2-Familienhaus (Baujahr 1930), die von den gleichen Personen bewohnt werden: EG: Strahlungsheizung OG/DG: konventionelle Gasbrennwertheizung Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern 48 16

17 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Messergebnis NTG = Niedertemperatur-Gasheizung BWG = Brennwert-Gasgasheizung IR = Strahlungsheizung Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern 49 U-Wert in W/(m² * K) 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 Effizienzsteigerung durch Wandtrocknung Wärmedurchgangskoeffizient [U-Wert] bei 24-cm-Außenwänden in Abhängigkeit von der Wandfeuchte (Parameter: Materialien unterschiedlicher Rohdichte [kg/m³] Außentemperatur: 0 C Raumlufttemperatur 20 C) Taupunktsbereich Quellen: Ziegel 2000 Ziegel 1200 Beton 2250 Porenbeton 500 Kalksandstein 1800 Stefan Völkner Dissertation Bochum 2003 AMz-Bericht ; ARGE Mauerziegel im BVDZ e.v. Anonym: 0,500 wnloads/pdf/ Feuchte_im_Mauerwerk.pdf 0,000--> Die Unterschiede sind unverkennbar Warum? 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% (c) IET GmbH 2016 Mauerwerksfeuchte in Masse-% 50 17

18 3. Einsatzmöglichkeiten von Strahlungsheizung Einsatzgebiete Effizienzalternative zur klassischen Konvektionsheizung im ungedämmten Altbau (Ziegelmauerwerk) Ersatz von Nachtspeicherheizungen im Altbau (Ziegelmauerwerk) Einsatz zur Vorsorge gegen Schimmelpilz im Altbau und in denkmalgeschützten Gebäuden Deckenstrahlungsheizung in Werkhallen und in Turnhallen Einsatzmöglichkeiten von Strahlungsheizung Fazit Mehrfach nachgewiesene Effizienzerhöhung im ungedämmtenaltbau (z.b. Baujahr 1930, Einsparung ca. 60%) Zusatznutzen: Trockenere Wände, Antischimmelprävention Effizienzerhöhung in Werkhallen beim Einsatz von Deckenstrahlungsheizungen bis zu 30%. Der Einsatz von elektrischen Strahlungsheizungen sollte in Kombination mit der Erzeugung erneuerbarer Energien erfolgen, z.b. Photovoltaik

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diplomphysiker Dr. Dieter Achilles IET GmbH Institut für angewandte Keßlerstr. 27, Jena