Fachtagung: Neue Technik / Neue Lösungen / Neue Effizienz

Transkript

1 Fachtagung: Neue Technik / Neue Lösungen / Neue Effizienz 12:40-12:45 Einleitung und Begrüßung Robert Schwarz 1. Vortragsteil 12:45-13:30 Neuer energetischer Sanierungsfahrplan Wilfried Schöffel 13:35-14:20 Vergleich Infrarotheizung vs. Konvektionsheizung Allgemeine Informationen, wissenschaftliche Grundlagen, Normen Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Einsatzmöglichkeiten im Wohnen und im Gewerbe Dr. Dieter Achilles 14:25-15:15 Neue Infrarot-Heizsysteme für Wohnen & Gewerbe Bernd Morschhäuser 15:15-15:45 Kaffeepause 15:45-18:15 2. Vortragsteil Philipp Tomaschko Marco Rudolph / Thomas Lührs 1

2 2. Vortrag: Vergleich Infrarotheizung vs. Konvektionsheizung 1. Allgemeine Informationen, wissenschaftliche Grundlagen, Normen 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz 3. Einsatzmöglichkeiten im Wohnen und im Gewerbe /

3 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

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

5 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

6 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

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13 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

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15 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

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19 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

20 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim letztes Bild

21 Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim

22 Die einzelnen Heizungsarten haben ein unterschiedliches Verhältnis zwischen Strahlung und Konvektion

23 Arten der Heizung I

24 Arten der Heizung II Und das Haus wird abgedichtet

25 Arten der Heizung III

26 Arten der Heizung IV

27 Arten der Heizung V

28 Ein bisschen Theorie zur Wärmeausbreitung Konvektion 26 C Leitung Strahlung Q h 20 C 17 C

29 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

30 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

31 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

32 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

33 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)

34 Elektromagetisches Spektrum Quelle: Wikipedia

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36 Quelle: Wikipedia 36

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

39 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

40 Wärmestrahlung IV (elektrisch betriebene Heizkörper) Strahlungswirkungsgrad η Str. = Verhältnis zwischen Strahlungsaustauschleistung und elektrischer Leistungsaufnahme. η Str. = Q Austausch / P elektr. Konv. Elektr. Leistung Str

41 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

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43 Auswirkung auf das Heizverhalten Temperaturverteilung Wand / Raumlauft Wirkung auf Konvektion, Feuchtigkeit, Behaglichkeit

44 Wärme Wärme? Die DIN EN ISO 7730 definiert die thermische Behaglichkeit

45 Wärme Wärme? Operative Temperatur (= gefühlte Temperatur) a 0,5 (ruhende Luft)

46 Thermische Behaglichkeit Innere Wandtemperatur vs. Außentemperatur Behaglichkeitsfeld

47 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Effizienzmessungen Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern

48 2. 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

49 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Messergebnis NTG = Niedertemperatur-Gasheizung BWG = Brennwert-Gasgasheizung IR = Strahlungsheizung Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern

50 U-Wert in W/(m² * K) 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1, Allgemeine Informationen, wissenschaftliche Grundlagen, Normen 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. 0,500 --> Die Unterschiede sind unverkennbar Warum? 0,000 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% Mauerwerksfeuchte in Masse-% Anonym: wnloads/pdf/ Feuchte_im_Mauerwerk.pdf (c) IET GmbH

51 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

52 3. Einsatzmöglichkeiten von Strahlungsheizung Fazit Mehrfach nachgewiesene Effizienzerhöhung im ungedämmten Altbau (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

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