Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung

Transkript

1 Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung Berlin, den

2 Inhalt des Vortrages 1. Grundlagen 2. Ergebnisse aus aktuellen Studien 3. Normungstätigkeit EN / ISO 4. Fazit 2

3 1. Grundlagen Warum heizt bzw. kühlt man Gebäude? 3

4 Thermische Behaglichkeit: Definition: Ist als der Zustand definiert, bei dem der Körper die geringsten thermoregulatorischen Aufwendungen vornehmen muss, um eine konstante Körperkerntemperatur aufrecht zu erhalten. lebensnotwendige Wärmeabgabe muss unspürbar und anstrebungslos erfolgen Einflussfaktoren auf die thermische Behaglichkeit - globale thermische Behaglichkeitskriterien PMV / PPD Index - lokale thermische Behaglichkeitskriterien - Zugluftrisiko, max. Oberflächentemperaturen, Strahlungsasymmetrie, Lufttemperaturgradient 4

5 Um die thermische Behaglichkeit im Raum zu sicheren, müssen globale und lokale Kriterien erfüllt sein. Vereinfachtes Verfahren - Operative Raumtemperatur (Empfindungstemperatur) ϑ op = a ϑ L + (1-a) ϑ S Beispiel: HK: a=0,5; ϑ L =23 C; ϑ S =19 C --- ϑ op =21 C FBH: a=0,5; ϑ L =20 C; ϑ S =24 C --- ϑ op =22 C 5

6 Angaben nach DIN ISO 7730: Gebäude-/ Raumtyp Kategorie Operative Temperatur in C Maximale mittlere Luftgeschwindigkeit in m/s Sommer Winter Sommer Winter A 24,5 1,0 22,0 1,0 0,12 0,10 Büro o. ä. B 24,5 1,5 22,0 2,0 0,19 0,16 C 24,5 2,5 22,0 3,0 0,24 0,21 6

7 2. Ergebnisse aktueller Forschungsarbeiten statistisches Einfamilienhaus (mittlere deutsche Verhältnisse, A N =160m²) Gebäude: WSVO82 / 95 / EnEV04 Innere Randbedingungen: zeitabhängige Gewinne zeitabhängiger Luftwechsel Äußere Randbedingungen: Wetter TRY-04 (Potsdam) Systeme Nasssystem / System mit geringer Überdeckung Repräsentatives Einfamilienhaus 7

8 Auslegung: Vorlauftemperatur in C Wärmeschutzniveau Nasssystem System mit geringer Überdeckung DIN EN 1264 (Typ A) EnEV 04 30,9 36,3 WSVO95 34,2 43,1 WSVO82 38,6 51,3 Auslegungsvorlauftemperaturen für unterschiedliche Gebäudetypen Auswertung: Wärmeübergabe Wärmeverteilung Wärmeerzeugung 8

9 Systemvergleich bei unterschiedlichen Gebäudetypen WSVO82 W F W F Q F in kwh in % in kwh in % in kwh in kwh in kwh Durchgängiger Betrieb Nasssystem System mit geringer ÜD , , Intermittierender Betrieb feste Anheizzeit Nasssystem System mit geringer ÜD , , Intermittierender Betrieb optimiertes Anheizen Nasssystem System mit geringer ÜD , , Q F Q RL,u Energetische Kenndaten für die betrachteten Systeme (WSVO82) Q RL,b Q Raum Q HF 9

10 Summenhäufigkeit in % Nasssystem System mit geringer Überdeckung Abweichung vom Sollwert in K Abweichung vom Sollwert der operativen Raumtemperatur während der Nutzungszeit für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / WSVO82; Basisprofil ) 10

11 Operative Raumtemperatur in C Nutzungszeit (Sollwert) Nasssystem System mit geringer Überdeckung Zeit in h Tagesverlauf der operativen Raumtemperatur für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / WSVO82; repräsentativer Wintertag - 1. Januar; Basisprofil ) 11

12 EnEV04 W F W F Q F in kwh in % in kwh in % in kwh in kwh in kwh Durchgängiger Betrieb Nasssystem System mit geringer ÜD , , Intermittierender Betrieb feste Anheizzeit Nasssystem System mit geringer ÜD , , Intermittierender Betrieb optimiertes Anheizen Nasssystem System mit geringer ÜD , , Q F Q RL,u Energetische Kenndaten für die betrachteten Systeme (EnEV04) Q RL,b Q Raum Q HF 12

13 Summenhäufigkeit in % Nasssystem System mit geringer Überdeckung Abweichung vom Sollwert in K Abweichung vom Sollwert der operativen Raumtemperatur während der Nutzungszeit für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / EnEV04; Basisprofil ) 13

14 Operative Raumtemperatur in C Nutzungszeit (Sollwert) Nasssystem System mit geringer Überdeckung Zeit in h Tagesverlauf der operativen Raumtemperatur für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / EnEV04; repräsentativer Wintertag - 1. Januar; Basisprofil ) 14

15 Sommerlicher Kühlfall - Vergleich von Kühldeckensystemen (100 % Deckenbelegung)- Oberflächentemp. Max. Strahlungsasymmetrie Zugluftrisiko Strahlungs - Kühldecke Konvektions Kühldecke (Außenjalousie; mittelschwere Bauweise; 30 % Fensterflächenanteil) Quelle: Richter

16 - Vergleich von Kühldecke und Kühlfußboden - vert. Lufttemp.-Differenz Max. Strahlungsasymmetrie Zugluftrisiko Strahlungs Kühldecke mit 100 % Deckenbelegung Kühlfußboden (Außenjalousie; mittelschwere Bauweise; 30 % Fensterflächenanteil) Quelle: Richter

17 3. Normungstätigkeit EN / ISO-Ebene Aktueller Stand EN Normung: DIN V sowie aktuelle EN haben Berechnungsverfahren die auf Teilnutzungsgraden beruhen η h,ce = (4 ( η L 1 + η C + η )) B - Lufttemperaturgradient (η L ) - Regelungstechnik (η C ) - Verluste an angrenzende Bauteile (η B ) Nachteil: keine Kopplung zur thermischen Behaglichkeit / keine Berücksichtigung von Produktkennwerten 17

18 Mandat 480 Struktur der EN Reihe EN Heating and dhw - General + energy perfor. expression EN Heating + cooling - Emission EN Heating, cooling + dhw system - Distribution EN EN Heating and dhw system - Storage EN Heating + dhw - Combustion sys. EN Heating - Heat pump EN Thermal solar and PV systems EN Heating - Building int. Cogenerations EN District heating and cooling EN Heating - air heaters and stoves 18

19 pren Heating and Cooling Emission: Übergang zu einem temperaturbasierten Berechnungsgang: θ int, inc = θ int, ini + θ str + θ ctr + θ emb + θ rad + θ im + θ hyd + θ roomout Q em;ls Q θ int;inc = em,out θ int;ini θe;comb Möglichkeit der Einbindung von Produktkennwerten Heizfall: Kühlfall: θ =θ e;comb e;avg θ e;comb = θ e;avg + θe;sol residential buildings: office buildings: θ e;sol = 8 K θ e;sol = 12 K 19

20 Standardwerte für die Regelung θ ctr, 1 θ ctr, 2 Unregulated, with central supply temperature regulation 2,5 2,5 Master room space ore one pipe heating 2 1,8 Room temperature control (electromechanical / electronic) 1,8 1,6 P-controller (before 1988) 1,4 1,4 P-controller 1,2 0,7 PI-controller 1,2 0,7 PI-controller (with optimization function, e.g. presence management, adaptive controller) 0,9 0,5 - Unterscheidung zwischen zertifizierten und nicht zertifizierten Produktkennwerten - Reglerkennwerte sind für alle Systeme gleich 20

21 Standardwerte für Flächenheizsysteme h 4m: θ str θ emb,1 θ emb,2 Floor heating - wet system - dry system - system with low cover ,7 0,4 0,2 Wall heating 0,4 0,7 Ceiling heating 0,7 0,7 Heating systems combined with mechanical ventilation 0,0 0,0 Integrated heating surface without minimum insulation in accordance with DIN EN 1264 Integrated heating surface with minimum insulation in accordance with DIN EN 1264 Integrated heating surface with 100% better insulation than required by DIN EN ,4 0,5 0,1 - zusätzliche Aufnahme von Kombinationen mit Lüftungssystemen 21

22 Standardwerte für den Kühlfall θ str θ emb Floor cooling system -0,7-0,7 Wall cooling -0,4-0,7 Ceiling cooling 0,0-0,2 Air cooling mixing case 0,0 0,0 Air cooling displacement case -0,7 0,0 Radiators assisted with fan -0,4-0,4 - Abbildung der Hauptsysteme da weitere Normen aus der Lüftungstechnik den Kühlfall mit abbilden (z.b. EN 13779) 22

23 Aktueller Stand ISO Normung: - Ergänzung und Überführung der EN 1264 Normungsreihe in die ISO ISO : Control wird vollständig überarbeitet - ISO Design, test methods, control and operation of radiant heating and cooling panel systems 23

24 5. 4. Fazit Behaglichkeitskenngrößen können mit den aktuellen Normen nicht in der Praxis im Planungs- und energetischen Bewertungsprozess berücksichtigt werden da Rechengang auf Basis von Teilnutzungsgraden beruht Entwicklung eines Berechnungsverfahrens auf Basis von Temperaturdifferenzen erstmalig direkte Verknüpfung zur thermischen Behaglichkeit über die Operative Temperatur Wesentlicher Vorteil des neuen Berechnungsverfahrens ist die Öffnung für produktspezifische Kennwerte Konsequenz: Produktnormung muss diese Kennwerte zur Verfügung stellen 24

25 Literatur: Thermische Behaglichkeit Anlagenregelung 25