Fachtagung: Neue Technik / Neue Lösungen / Neue Effizienz

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 20.6.2016 / 5.7.2016 Thomas Lührs 1

2. Vortrag: Vergleich Infrarotheizung vs. Konvektionsheizung 1. Allgemeine Informationen, wissenschaftliche Grundlagen, Normen 2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz 3. Einsatzmöglichkeiten im Wohnen und im Gewerbe 20.6.2016 / 5.7.2016 2

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 1.9.2016 3

Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim 1.9.2016 4

Unterschiede im Heizverhalten Quelle: Projekt U-CUBE, Dr. Milan Dlabal, Griesheim letztes Bild 1.9.2016 20

Die einzelnen Heizungsarten haben ein unterschiedliches Verhältnis zwischen Strahlung und Konvektion 1.9.2016 22

Arten der Heizung I 1.9.2016 23

Arten der Heizung II Und das Haus wird abgedichtet... 1.9.2016 24

Arten der Heizung III 1.9.2016 25

Arten der Heizung IV 1.9.2016 26

Arten der Heizung V 1.9.2016 27

Ein bisschen Theorie zur Wärmeausbreitung Konvektion 26 C Leitung Strahlung Q h 20 C 17 C 1.9.2016 28

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 1.9.2016 29

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 2 + + 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 1.9.2016 30

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 1.9.2016 31

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 1.9.2016 32

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 50 1000 µm (auch Terahertzstrahlung) 1.9.2016 33

Elektromagetisches Spektrum Quelle: Wikipedia 1.9.2016 34

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1.9.2016 Quelle: Wikipedia 36

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Spektrale spezifische Ausstrahlung von Plattenheizkörpern (W/(m² μm) 180 160 140 120 100 80 60 140 C 110 C 80 C 50 C 30 C 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 Wellenlänge in µm 1.9.2016 38

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 1.9.2016 39

Wärmestrahlung IV (elektrisch betriebene Heizkörper) Strahlungswirkungsgrad η Str. = Verhältnis zwischen Strahlungsaustauschleistung und elektrischer Leistungsaufnahme. η Str. = Q Austausch / P elektr. Konv. Elektr. Leistung Str. 1.9.2016 40

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. 1.9.2016 41

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Auswirkung auf das Heizverhalten Temperaturverteilung Wand / Raumlauft Wirkung auf Konvektion, Feuchtigkeit, Behaglichkeit 1.9.2016 43

Wärme Wärme? Die DIN EN ISO 7730 definiert die thermische Behaglichkeit. 1.9.2016 44

Wärme Wärme? Operative Temperatur (= gefühlte Temperatur) a 0,5 (ruhende Luft) 1.9.2016 45

Thermische Behaglichkeit Innere Wandtemperatur vs. Außentemperatur Behaglichkeitsfeld 1.9.2016 46

2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Effizienzmessungen Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern 1.9.2016 47

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 1.9.2016 48

2. Praktische Erfahrungen zur Energieeffizienz Messergebnis NTG = Niedertemperatur-Gasheizung BWG = Brennwert-Gasgasheizung IR = Strahlungsheizung Quelle: Dr.-Ing. Peter Kosack, TU Kaiserslautern 1.9.2016 49

U-Wert in W/(m² * K) 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 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 8-2005; 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: http://www.juwoe.de/de/do wnloads/pdf/ Feuchte_im_Mauerwerk.pdf (c) IET GmbH 2016 1.9.2016 50

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 1.9.2016 51

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. 1.9.2016 52

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diplomphysiker Dr. Dieter Achilles IET GmbH Institut für angewandte Keßlerstr. 27, 07745 Jena www.institut-iet.de E-Mail: dr.achilles@institut-iet.de 1.9.2016 53