Fachverband Gebäude-Klima e. V.

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1 Fachverband Gebäude-Klima e. V. Einsatz dezentraler Ventilatoren zur Luftförderung in zentralen RLT-Anlagen Prof. Dr.-Ing. Jens Knissel Universität Kassel, Fachgebiet Technische Gebäudeausrüstung Berlin, 14./15. April 2016 Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 1

2 Einsatz dezentraler Ventilatoren zur Luftförderung in zentralen RLT-Anlagen Inhalt Prinzipieller Ansatz Anlagentechnische Umsetzung Mögliche Energieeinsparung Ausblick Projektbearbeitung an der Uni Kassel: Niklas Alsen M.Sc. (ehemals) Tobias Klimmt M.Eng. Projektbeteiligte: ebm papst Mulfingen GmbH & Co. KG Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) innovatec Energiesysteme GmbH Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 2 Quellen bzw. weitere Infos: Knissel, J.; Alsen N., Klimmt T.: Einsatz von dezentralen Ventilatoren zur Luftförderung in zentralen RLT Anlagen; in: HLH Heft 4/13 Alsen N., Klimmt T., Knissel J.: Dezentrale Ventilatoren in zentralen raumlufttechnischen Anlagen Berechnungen zur energetischen Vorteilhaftigkeit. In: GI Heft 1/15 Alsen N., Klimmt T., Knissel J.: Dezentrale Ventilatoren in zentralen raumlufttechnischen Anlagen Messtechnische Validierung berechneter Ventilatorleistung; in CCI Dialog vom

3 Prinzipieller Ansatz: bedarfsabhängige Lüftung mit Volumenstromregler (heute) Zone n CO 2 Strang n Vordruck entsprechend Schlechtstrang Zone 1 CO 2 p t Strang 1 Lüftungszentrale Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 3

4 Prinzipieller Ansatz: Drosselverluste Drosselvorgang 1: Luftmengenverteilung Drosselvorgang 2: Volumenstromreduktion Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 4 Quelle: Alsen

5 Prinzipieller Ansatz: bedarfsabhängige Lüftung mit dezentralen Ventilatoren (neu) Zone n CO 2 Strang n Vordruck von 0 Pa Zone 1 CO 2 p t Strang 1 Lüftungszentrale Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 5

6 Teststand an der Uni Kassel Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 6

7 Anlagentechnische Umsetzung - Basisvariante Jede Zone hat einen Zu und einen Abluftventilator; nach CO 2 geregelt Zuluft CO 2 CO 2 CO 2 Abluft Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 7 Quelle: Klimmt, Alsen

8 Auszug weitere Anlagenkonstellationen Gemeinsamer Abluftventilator nach CO 2 ; p ab = konst. Gemeinsamer Zu und Abluftventilator (Schlechtraum) nach max. CO 2 ; = Zuluft Zuluft Nutzungszone CO 2 CO2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 p t Abluft Abluft Zuluft Zuluftzone CO 2 CO2 CO2 Überströmung in gemeinsame Abluftzone (z.b. Atrium od. Flur) nach CO 2 ; = Abluftzone/Atrium Abluft Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 8 Quelle: Klimmt

9 Beispiel Anlagenkonzept ges. Gebäude Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 9 Quelle: Klimmt, Alsen

10 Mögliche Energieeinsparung Typische Annahmen nach DIN V p= 960 Pa (750 Pa Abluft); f p = 0,4 Netzfaktor )* volumenstromgewichtet 0,7 Stundenwerte aus Standardnutzungsprofil der DIN V Prinzipieller Zusammenhang Ventilatorwirkungsgrad aus Kennfeld für Betriebspunkt Wirkungsgrad η Z bzw. η dvt [%] 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 25% 50% 75% 100% Teillast-Volumenstromanteil [ % ] Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 10 Quelle: Alsen

11 Mittlere Ventilator-Teillastleistung % % Leistung P [W] % 25% 20% 15% 10% 5% Messunsicherheit U [%] P.Zu.dVt.mess P.Zu.VSR.mess P.Zu.VSR.rech P.Zu.dVt.rech U.P.VSR U.P.dVt U.V.Zu 0 0% Sollvolumenstrom V.ges.Raum [m³/h] Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 11 Quelle: Alsen

12 Typische Einsparungen: Primärenergetischer Vergleich VSR > dvt 42 % 28% 17 % 13% 5 % VSR: VolumenStromRegeler System dvt: dezentrale Ventilatoren System Randbedingungen Berechnung: DIN V erweitert Zuluft p= 960 Pa Abluft p= 750 Pa Druckverhältniszahl: f p = 0,4 Netzfaktor: f N = 0,7 Ventilatorwirkungsgrad: je nach Teillastzustand WRG: 75% Nutzung: DIN V Primärenergiefaktoren: o Strom 2,0 o Wärme: 1,1 (inkl. Anlagenverl.) Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 12 Quelle: Alsen

13 Mehr- oder Minderkosten Volumenstromregelung mit dezentralen Ventilatoren (dvt) gegenüber Volumenstromreglern (VSR) Investitionskosten abhängig von konkreter Anlagenkonstellation. Hier nur Tendenzen: Je nach Platzierung der dvt ggf. Mehrkosten durch zusätzlichen Schalldämpfer Je nach Fehlströmungsverhinderung ggf. Mehrkosten durch Absperrklappe Minderkosten der dezentralen Ventilatoren gegenüber Volumenstromreglern Minderkosten durch kleinere Ventilatoren in Zentralgerät Wartungskosten weitgehend gleich > Mehr und Minderkosten halten sich etwa die Waage > Wirtschaftlichkeit entscheidet sich durch die Energiekosteneinsparungen (sowie Anlagenkonzept) Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 13

14 Ausblick Forschungsprojekt: Betriebsverhalten der Anlagenkonzepte wird mit dynamischen Simulationen untersucht: positive Einsatzrandbedingungen aber auch Einsatzgrenzen werden aufgezeigt. Störgrößen für Betrieb werden untersucht (z.b. geöffnete Fenster, Innentüren, ). Anforderungen an die Regelung werden ermittelt und aufgezeigt. Umsetzung des dvt Konzeptes in einem realen Bürogebäude. Messtechnische Analyse und Bewertung des Betriebsverhaltens. Dezentrale Ventilatoren in zentralen RLT-Anlagen, 14