Energieeffiziente Klimatisierung von Shopping Centern unter Berücksichtigung der Luftqualität

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1 Fachverband Gebäude-Klima e. V. Energieeffiziente Klimatisierung von Shopping Centern unter Berücksichtigung der Luftqualität Daniela Hegemann, Wiss. Mitarbeiterin Paul Mathis, Wiss. Mitarbeiter RWTH Aachen University E.ON Energy Research Center Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate Berlin, 14./15. April 2016 Folie 1

2 Hintergrund: Projektvorstellung EnEff:Shop Ziel: Senkung des Energieverbrauchs in Shopping Centern Ansätze: Reduktion der konditionierten Luftmenge bei Einhaltung akzeptabler Luftqualität Probandeneinsatz zu Bestimmung der empfundenen Luftqualität - Geruchsuntersuchungen Einbindung von oberflächennaher Geothermie zur Abführung thermischer Lasten über Luft-Wasser- Systeme Validierung der Labor- und Simulationsergebnisse im Feld Folie 2

3 EffShop- Ziele im Bereich der Luftqualität Shopping Center gehören zu den größten Energiekonsumenten Projektziel: Reduzierung der Lüftungsenergiebedarfe bei Erhaltung einer akzeptablen Luftqualität Vorgehen: Untersuchung der Reduzierung von Außenluftvolumenströmen in den Shops auf die Luftqualität Aufnahme der Verdünnungskennlinien anhand typischer Verkaufsware im Labor Bewertung der Waren mit Probanden im Labor und im Feld Befragung von Kunden und Mitarbeitern Folie 3

4 Verunreinigungsquellen in einem Shoppingcenter Personen Bioeffluenzen Tabakrauch Zuluftqualität RLT-Anlagen (Filter) Außenluftqualität Raumausstattung Möbel Teppich Wandfarbe Verkaufswaren Folie 4

5 Wahrgenommene und technisch messbare Größen Zu den technisch messbaren Größen der Luftqualität gehören: belebte Verunreinigungen Viren Bakterien (z.b. Legionellen) Pilze, Pilzsporen (z.b. Erreger des Befeuchterfiebers) unbelebte Verunreinigungen gasförmige Inhaltsstoffe (z.b. CO, CO 2, No x ) Gaschromatograph Partikel und Fasern Allergene Zu den nur durch den Menschen wahrgenommenen Kriterien der Luftqualität gehören: Geruchsintensität Geruchseindruck/Hedonik Akzeptanz (empfundene Luftqualität) Folie 5

6 Notwendige Luftmengen nach DIN EN Gebäudebezogener Luftvolumenstrom Kategorie Sehr schadstoffarmes Gebäude Schadstoffarmes Gebäude Nicht schadstoffarmes Gebäude I 0,5 l/s, m² 1 l/s, m² 2,0 l/s, m² II 0,35 l/s, m² 0,7 l/s, m² 1,4 l/s, m² III 0,3 l/s, m² 0,4 l/s, m² 0,8 l/s, m² Grundlegende erforderliche Lüftungsraten für die Abschwächung von Emissionen (biologische Ausdünstungen) von Personen Kategorie Erwarteter Prozentsatz Unzufriedener Luftvolumenstrom l/s, Person I II 20 7 III 30 - IV >30 <4 Folie 6

7 Design der Luftqualitätsuntersuchung Typische Verkaufsware wurde unter spezifischen Laborbedingungen im Luftqualitätslabor des E.ON Research Centers untersucht konstante relative Feuchte (50%) und Temperatur (23 C) gemäß der DIN EN ISO Verkaufswaren wurde in 3 Emissionskammern für 7 Tage gelegt Emissionskammern Bestehen aus Edelstahl mit einem Volumen von 1m³ Temperatur und Luftwechselrate können variiert werden Menge der Verkaufswaren sind in jeder Kammer real zur Shop-Belegung abbildbar Folie 7

8 Sensorische Bewertung der Luftqualität nach DIN EN ISO ohne Vergleichsmaßstab Bewertung der Luftqualität ohne Vergleichsmaßstab: Akzeptanzabfrage 2-Punkt-Skala oder Akzeptanzskala obere Grenze bei 100% Unzufriedener große Anzahl an Testpersonen (min. 15 Personen) notwendig Hedonische Bewertung 9 Punkt-Skala Frage: Stellen Sie sich vor, Sie würden mehrere Stunden täglich der Luft ausgesetzt sein. Wie angenehm ist die Luftqualität? min. 8 untrainierte Probanden Folie 8

9 Sensorische Bewertung der Luftqualität nach DIN EN ISO mit Vergleichsmaßstab Bewertung mit Vergleichsmaßstab Die empfundene Intensität wird mit einem Vergleichsmaßstab bestimmt Vergleichsmaßstab besteht aus sechs Trichtern mit unterschiedlichen Aceton- Konzentrationen (0, 3, 6, 9, 12 und 15 pi) 0 pi entspricht einer Konzentration von 20 mg Aceton/m³ Luft (Geruchsschwelle) Probanden-Panel N = 8 trainierte Probanden Größe des Panels gemäß DIN EN ISO Folie 9

10 Untersuchung und Bewertung typischer Warenhausprodukte Bewertung Zeitliches Abklingverhalten der geruchsrelevanten Materialien Bewertung über einen Zeitraum von 4 Tagen mit einer konstanten Luftwechselrate n = 3,5-1 Verdünnungskennlinien Bewertung der Materialien (Verkaufswaren) bei variierenden Luftwechselraten durch Probanden Folie 10

11 Intensitätsprofil gering mittel stark wahrgenommene Intensität pi Verdünnungskennlinien von typischen Verkaufsgütern in Warenhäusern volumenspezifische Flächenlast m 2 /(m 3 /h) Schuhe Bekleidung Bücher Log. (Schuhe) Log. (Bekleidung) Log. (Bücher) Verdünnungskennlinien liegen überwiegend im geringen Intensitätsbereich Folie 11

12 gering mittel wahrgenommene Intensität pi Auswirkung der Luftwechselreduzierung auf die Intensität am Beispiel der Warengruppe Kleidung volumenspezifische Flächenlast in m 2 /(m 3 /h) Kleidung Referenzpunkt pi/2 n/2 Log. (Kleidung) 1 Luftwechsel: h 2 Halbierung des Luftwechsels: Delta der Intensitätssteigerung nicht h signifikant 3 Halbierung der Intensität (4 pi auf 2 pi): 17 1 h Folie 12

13 Konzept eines Feldversuchs mit Luft-Wasser-System Media-Markt in der Ems-Galerie, Rheine (Elektronikshop: hohe Lasten) parallele Installation von Standard-/Luft-Wasser-System Media-Markt in der Ems-Galerie, Rheine Bauherr: Hermann Klaas Projektentwicklung GmbH Folie 13

14 Konzept des Feldversuchs Folie 14

15 idealisierter Systemvergleich Ziele: Reduktion des Luftwechsels Erhöhung der wasserseitigen Kühllleistung Erhöhung der Kaltwassertemperatur Standardsystem: Dralldurchlässe + Umluftkühlgeräte (8,2 m³/h pro m²) Luft-Wasser-System: Deckeninduktionsgeräte (5,5 m³/h pro m²) Folie 15

16 idealisierter Systemvergleich standard DID + KKM DID + Geothermie Kühlleistung Luft kw Kaltwassertemp. C 6/12 6/12 6/12 COP Luftkühlung - 5 (KKM) 5 (KKM) 5 (KKM) Kühlleistung Kaltwasser kw Kaltwassertemp. C 6/ / /22.6 COP Wasserkühlung - 5 (KKM) 8 (KKM) 30 (geothermisch) Primärenergieverbrauch (statisch, 10 h Betrieb) kwh Folie 16

17 gesamter PEV in kwh idealisierter Systemvergleich 160 standard DID + KKM DID + Geothermie Kühlleistung Luft kw Kaltwassertemp. 140 C 6/12 6/12 6/12 COP Luftkühlung - 5 (KKM) 5 (KKM) 5 (KKM) Kühlleistung Kaltwasser 120 kw Kaltwassertemp. C -26% 6/ / /22.6 COP Wasserkühlung - 5 (KKM) 8 (KKM) 30 (geothermisch) 100 Primärenergieverbrauch kwh (statisch, 10 h Betrieb) PEV Luftförderung % PEV Rückkühlung, Wasser PEV Erzeugung, Wasser PEV Rückkühlung, Luft PEV Erzeugung, Luft standard DID + KKM DID + Geothermie Folie 17

18 Zusammenfassung Zur Bewertung von Luftqualität ist der Einsatz von Probanden unerlässlich. Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Verdünnungskennlinien. Diese Kenntnis kann zur bedarfsgeregelten Lüftung genutzt werden. Der Luftwechsel kann gesenkt werden ohne die Luftqualität zu beeinträchtigen. Durch eine spezifische bedarfsgeregelte Lüftung kann Energie eingespart werden. Durch Einsatz von Luft-Wasser-Systemen mit geeigneter Kälteerzeugung kann Energie eingespart werden. Folie 18

19 Wir danken für die finanzielle Unterstützung durch das BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie), Fördernummer 03ET1223B