Innovative Systeme zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden

Transkript

1 Innovative Systeme zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden Strahlungsheizung / -kühlung Ulmann Rolf Leiter Technik Zürich / Luzern, Mai 2011

2 Thermische Behaglichkeit Einflussfaktoren Bekleidung Beschäftigungsgrad Raumluftfeuchte

3 Thermische Behaglichkeit Feuchte

4 Thermische Behaglichkeit Einflussfaktoren Bekleidung Temperatur der Raumluft Temperatur der Raumumschließungsflächen Beschäftigungsgrad Raumluftfeuchte Raumluftgeschwindigkeit

5 Thermische Behaglichkeit Empfindungstemperatur

6 Thermische Behaglichkeit Empfindungstemperatur In üblichen raumklimatischen Verhältnissen entspricht das Temperaturempfinden des Menschen dem Mittelwert aus Lufttemperatur und Umschließungsflächentemperatur 22 C 14 C 20 C 16 C t Luft 18 C t e t Umgebung 18 C t Umgebung t e t Luft

7 Strahlungsprinzip Wärmestrahlung und Konvektion Wärmestrahlung Umwandlung der Energie in Wärme am Festkörper Konvektion Direkte Lufterwärmung Luftwalze Festkörper

8 Strahlungsprinzip Heizen wie die Sonne

9 Strahlungsprinzip Heizen wie die Sonne

10 zehnder

11 zehnder

12 zehnder Kühl- und Heizdecke Nutzen aus den Prinzipien der Natur: optimale Behaglichkeit min. Luftbewegung und Staubtransporte keine Geräusche maximale Hygiene energiesparend und wartungsfrei

13 zehnder Kühl- und Heizdecke

14 Zukünftige Notwendigkeit der Kühlung Winterfall Sommerfall 20 C C Wärmeverlust [W/m²] Wärmegewinn [W/m²] C 23 C Raumtemperatur 20 C Raumtemperatur Aussentemperatur [ C] 36 C Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmegewinn 26 C Raumtemperatur

15 Zukünftige Notwendigkeit der Kühlung Winterfall Sommerfall 20 C C Wärmeverlust [W/m²] Wärmegewinn [W/m²] C 23 C Raumtemperatur 20 C Raumtemperatur Innere Last durch Personen 10 W/m² Aussentemperatur [ C] 36 C Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmegewinn 26 C Raumtemperatur

16 Zukünftige Notwendigkeit der Kühlung Winterfall Sommerfall 20 C C Wärmeverlust [W/m²] Wärmegewinn [W/m²] C 23 C Raumtemperatur 20 C Raumtemperatur Innere Last durch Beleuchtung 10 W/m² Innere Last durch Personen 10 W/m² Aussentemperatur [ C] 36 C Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmegewinn 26 C Raumtemperatur

17 Zukünftige Notwendigkeit der Kühlung Winterfall Sommerfall 20 C C Wärmeverlust [W/m²] Wärmegewinn [W/m²] C 23 C Raumtemperatur 20 C Raumtemperatur Innere Last durch elektrische Geräte 15 W/m² Innere Last durch Beleuchtung 10 W/m² Innere Last durch Personen 10 W/m² Aussentemperatur [ C] 36 C Transmissionswärmeverlust Transmissionswärmegewinn 26 C Raumtemperatur

18 Zukünftige Notwendigkeit der Kühlung Simulation (VDI 2076/10+11) Großraumbüro DG (2500 m²) in Frankfurt 0 Quelle: 1.Feb mh software service GmbH Waldstraße 37 D Braunfels Jan

19 zehnder Kühl- und Heizdecke Büros Besprechungszimmer Verkauf / Ausstellung Fabrikation/Werkstatt Sporthallen

20 zehnder Deckenausführung Geschlossene Decke Segel Band

21 zehnder Aufbau Wärmedämmung!!! 70% Strahlung 30% Konvektion Montagesatz Aufhängeachse Kupferrohr Aluminiumstrahlblech

22 zehnder Aufbau

23 zehnder Aufbau

24 zehnder Oberflächen Glattes, lackiertes Strahlblech Perforiertes, lackiertes Strahlblech Glatte GFP (bauseits) Perforierte GFP (bauseits)

25 zehnder Bildbeispiele

26 zehnder Bildbeispiele

27 zehnder Bildbeispiele

28 zehnder Bildbeispiele

29 zehnder Bildbeispiele

30 zehnder Bildbeispiele

31 zehnder Bildbeispiele

32 zehnder Bildbeispiele

33 zehnder Bildbeispiele

34 zehnder Bildbeispiele

35 zehnder Bildbeispiele

36 zehnder Bildbeispiele

37 Auslegungsbeispiel Aufgabenstellung: Büroraum soll gekühlt und beheizt werden. Randbedingungen: Raumfläche: 20 m2 Kühllast: 1080 W Wärmebedarf: 907 W Ziel: 1. Auslegungstemperaturen Kühlen festlegen 2. Spezifische Kühlleistung ermitteln 3. Segelgröße bestimmen 4. Massenstrom des Segels berechnen 5. Auslegungstemperaturen Heizen festlegen 6. Druckverlust des Segels bestimmen

38 Auslegungsbeispiel 1. Auslegungstemperaturen Kühlen festlegen 2. Spezifische Kühlleistung ermitteln Raumtemperatur: 26 C Vorlauftemperatur: 16 C Rücklauftemperatur: 19 C Δϑ Unter ϑ = ϑ VL Raum + ϑ RL 2 = 16 C + 19 C 26 C 2 = 8,5 K 8,5 75

39 Auslegungsbeispiel 3. Segelgröße bestimmen A Q q 1080W W 75 m² Kühl Segel = = = Kühl 14,4m² gewünschte Segellänge: 4m A A L 14,4m² 4m Segel Segel = L B B = = = 3,6m Segelgröße: Länge 4m Breite 3,6m

40 Auslegungsbeispiel 4. Massenstrom des Segels berechnen Q = m * c * ( ϑ ϑ ) RL VL m = Q c * Kühllast Kg s Kg = 310 ( ϑ ϑ ) KJ h RL VL = 1,080KW = 0,086 4,18 * (19 C 16 C) Kg * K 5. Auslegungstemperaturen Heizen bestimmen q Q = A Segel 907W 14,4m² Wärmelast HeizSegel = = 63 W m²

41 Auslegungsbeispiel 9,7 63 Q 0,907KW QHeizSegel = m * c * RL VL VL ϑrl = c * m KJ Kg 4,18 * 0,086 Kg * K s HeizSegel ( ϑ ϑ ) ( ϑ ) = = 2,5 K ( ϑ ϑ ) VL RL 2,5 ϑvl = ϑraum + Δϑ + = 20 C + 9,7K + K = 31 C Über 2 2 ( ϑ ϑ ) VL RL 2,5 ϑrl = ϑraum + Δϑ = 20 C + 9,7K K = 28,5 C Über 2 2

42 Auslegungsbeispiel Druckverlust Rohre p Rohr p Rohre = 170 Pa /m (bei 310 kg / h, 2 Rohre parallel) = prohr Länge der Rohre in Reihe = 170 Pa /m 16 4 m = Pa

43 Auslegungsbeispiel Druckverlust Anschlusspaar p Anschlusspaar = 800 Pa / Anschlusspaar (bei 310 kg / h) p Anschlusspaare = panschlusspaar Anzahl der Anschlusspaare = 800 Pa / Anschlusspaar 1 Anschlusspaar = 800 Pa Druckverlust 180 -Bögen p Bogen p Bögen = 90 Pa / Bogen (bei 310 kg / h, 2 Rohre parallel) = pbogen Anzahl der Bögen in Reihe + = 90 Pa 15 = 1350 Pa Druckverlust Rohre p Rohr p Rohre = 170 Pa /m (bei 310 kg / h, 2 Rohre parallel) = prohr Länge der Rohre in Reihe + = 170 Pa /m 16 4 m = Pa Gesamtdruckverlust pgesamt = panschlusspaare + pbögen + prohre = = 1570 Pa Pa Pa = Pa

44 Auslegungsbeispiel Ergebnis Vorlauftemperatur (Kühlen) 16 C Rücklauftemperatur (Kühlen) 19 C Vorlauftemperatur (Heizen) 31 C Rücklauftemperatur (Heizen) 28,5 C Massentrom Druckverlust des Segels 310 kg/h Pa