Sonderdruck - Ecophit
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1/2011<br />
Das TGA-Online Portal<br />
www.tab.de<br />
Organ des<br />
Organ des<br />
<strong>Sonderdruck</strong><br />
Titelthema 1<br />
Graphitmodifizierte glächenkühlung mit Kühldecken –<br />
Eine sdsuui vergleichende Asiasujhdoiudw Bewertung zur<br />
Leis adwkuihdfwu tungs fähigkeit<br />
42
<strong>Sonderdruck</strong> » aus tab 3/2013<br />
Graphitmodifizierte Kühldecken<br />
Eine vergleichende Bewertung zur Leistungsfähigkeit<br />
Die Verwendung graphitmodifizierter Baustoffe erhöht in den meisten Fällen deren<br />
Wärmeleitfähigkeit. In Kühldeckensystemen wird hierdurch eine höhere Wärmeaufnahme<br />
als bei herkömmlichen Kühldeckensystemen erreicht. Die sich daraus ergebenden<br />
Vorteile werden aufgezeigt. Dazu werden sowohl Simulationen zur Bestimmung<br />
der thermischen Behaglichkeit als auch zur Quantifizierung der Auswirkungen auf den<br />
Strombedarf für die Kälteerzeugung durchgeführt. Es zeigt sich, dass sich die höhere<br />
Kühlleistung der graphitmodifizierten Kühldecke „ECOPHIT“ positiv auf den Betrieb<br />
auswirkt.<br />
Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser 1 ,<br />
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.<br />
Gerhard Hausladen 2 ,<br />
Dipl.-Ing. (FH) Cornelia<br />
Jacobsen 3 , Dipl.-Ing. Christina<br />
Hutter 4 , Dipl.-Ing.<br />
Christoph Hanusch 4 ,<br />
Dipl.-Ing. Stephan Schlitzberger<br />
5<br />
1<br />
Ordinarius der TU München und<br />
Leiter des Fraunhofer-Instituts für<br />
Bauphysik, Stuttgart, 2 Ordinarius<br />
der TU München und Inhaber<br />
der Ingenieurbüro Hausladen<br />
GmbH, München, 3 Mitglied der<br />
erweiterten Geschäftsleitung und<br />
Leiterin der Energieabteilung<br />
der Ingenieurbüro Hausladen<br />
GmbH, München, 4 Mitarbeiter der<br />
Ingenieurbüro Hausladen GmbH,<br />
München, 5 Mitarbeiter des Ingenieurbüros<br />
für Bauphysik Prof. Dr.<br />
Hauser GmbH, Kassel<br />
1<br />
Systemschnitt<br />
CD-Profile Kupferrohr Graphitleichtbauplatte<br />
Die „ECOPHIT“-Kühldecke in schematischer Darstellung<br />
2<br />
Systemschnitt<br />
G<br />
Unterkonstruktion Kupferrohr Wärmeleitprofil Gipskarton-Thermoplatte<br />
Die Referenz-Kühldecke in schematischer Darstellung<br />
raphit ist ein hoch wärmeleitender<br />
Stoff, der in vielen<br />
Produkten zum Einsatz kommt. So<br />
wurde von der SGL Carbon GmbH<br />
ein Verfahren entwickelt, um<br />
Graphitplatten herzustellen, die in<br />
der Ebene Leitfähigkeitswerte von<br />
Aluminium übertreffen können,<br />
aber gleichzeitig senkrecht zur<br />
Plattenebene die Leitfähigkeit<br />
von Ton haben. Dadurch wird<br />
die Wärme in der Fläche sehr<br />
schnell und gleichmäßig verteilt.<br />
Daher lag es nahe, diese<br />
Plat ten, die unter dem Namen<br />
„ECOPHIT“ vertrieben werden,<br />
für Kühldecken einzusetzen. Ziel<br />
der im Folgenden vorgestellten<br />
Stu die ist die Gegen überstellung<br />
der „ECOPHIT“-Kühldecke und<br />
einer herkömm lichen Kühldecke.<br />
Beschreibung der „ECO-<br />
PHIT“- und der Referenzkühldecke<br />
Bei Kühldecken wird im Sommer<br />
die Wärme an der Decke<br />
Graphitmodifizierte<br />
Gipskartonplatte<br />
ab sor biert und über wasserdurchströmte Rohre abgeführt. Die<br />
Kühl leis tung ist umso höher, je besser der Wärmetransport von<br />
der Fläche zu den Rohren ist. Bei konventionellen Systemen dienen<br />
dazu Wär me leitbleche. Bei der „ECOPHIT“-Kühldecke übernimmt<br />
diese Auf gabe der Graphit.<br />
a) Die „ECOPHIT“-Kühldecke<br />
Untersuchungsgegenstand ist eine fugenlose Gips-Kühldecke.<br />
Raumseitig wird sie von einer graphitmodifizierten Gipskartonplatte<br />
abgeschlossen. Darüber befindet sich eine Graphitleichtbauplatte<br />
mit integrierten Kupfer rohren. Bild 1 zeigt einen schematischen<br />
Schnitt der unter suchten „ECOPHIT“-Kühldecke.<br />
Für die Kühldecke liegt ein Prüfbericht über die Ermittlung der<br />
Kühlleistung einer Raumkühldecke nach DIN EN 14240 [1] vor.<br />
Der Untersuchungsgegenstand ist aus folgenden Bestandteilen<br />
aufgebaut:<br />
■■<br />
Als Kühlelement dient die Graphitleichtbauplatte „ECOPHIT<br />
L“ von SGL Carbon GmbH aus expandiertem Naturgraphit.<br />
Diese hat eine Wärmeleitfähigkeit von 18,0 W/(m K) (horizontal)<br />
bzw. 7,0 W/(m K) (vertikal).<br />
■■<br />
In die Graphitplatte sind mittig zwei parallele Rohre (Außendurchmesser<br />
12 mm) eingearbeitet. Der Achsabstand<br />
zwischen den Kupferrohren beträgt 125 mm. Der Abstand<br />
der Rohre zur Oberfläche der Graphitleichtbauplatte beträgt<br />
ca. 7 mm.<br />
■■<br />
Die Kühlelemente liegen auf der ungelochten, graphitmodifizierten<br />
Gipskartonplatte „Rigips Climafit“ (Dicke 10 mm)<br />
auf. Durch Graphiteinschlüsse erreicht diese Platte horizontal<br />
und vertikal eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von<br />
0,52 W/(m K).<br />
■■<br />
Durch darüber liegende Metallprofile der Deckenunterkonstruktion<br />
werden die Kühlelemente auf die Gipskartonplatten<br />
gedrückt.<br />
b) Die Referenzkühldecke<br />
Für die Untersuchung wird als Referenzkühldecke eine Kühldecke<br />
mit Thermoplatte und Wärmeleitblechen betrachtet. Der Aufbau<br />
ist schematisch in Bild 2 dargestellt.<br />
Die Kühldecke besteht aus Wärmeleitblechen mit eingepressten<br />
Kupferrohren, welche auf glatten Gipskartonplatten lose aufliegen<br />
und mit Halteschienen fixiert sind. Ein Prüfbericht nach DIN EN<br />
14 240 liegt vor. Die Bestandteile der Referenzkühldecke sind<br />
nachfolgend beschrieben:<br />
■■<br />
Ausgeführt werden die Wärmeleitbleche als Aluminium-<br />
Strangpressprofile, in die Kupferrohre (Außendurchmesser<br />
12 mm) eingepresst sind. Der Achsabstand zwischen den<br />
Kupferrohren beträgt 130 mm.<br />
■■<br />
Die Wärmeleitprofile sind auf einer 10 mm dicken, glatten<br />
Gipskartonplatte („Thermoplatte“ der Fa. Knauf) lose<br />
1
aus tab 3/2013 « <strong>Sonderdruck</strong><br />
3 Verlauf der Temperaturen und Leistungen des <strong>Ecophit</strong>systems in einer Woche im Sommer<br />
Temperatur [°C]<br />
Leistung [W/m²]/ Massenstrom [kg/h]<br />
40<br />
2000<br />
Außenlufttemperatur<br />
Lufttemperatur<br />
operative Temperatur<br />
35<br />
Kühldeckentemperatur<br />
Vorlauftemperatur<br />
1750<br />
Rücklauftemperatur<br />
30<br />
Globalstrahlung<br />
1500<br />
Kühlleistung<br />
Massenstrom<br />
25<br />
1250<br />
20<br />
1000<br />
15<br />
750<br />
10<br />
500<br />
5<br />
250<br />
0<br />
15.07. 16.07. 17.07. 18.07. 19.07. 20.07. 21.07. 22.07.<br />
0<br />
auf gelegt und mit Halteschienen fixiert. Aufgrund einer<br />
vergleichsweise hohen Rohdichte liegt die Wärmeleitfähigkeit<br />
dieser Gipskartonplatte mit 0,3 W/(mK) über der von<br />
konventionellen Gipskartonplatten.<br />
■■<br />
Die Gipskartonplatten sind zwischen den Elementen an Halteschienen<br />
angeschraubt, die an der Raumdecke befes tigt sind.<br />
Die für die Untersuchung relevanten technischen Daten der<br />
Tabelle 1: Randbedingungen der Simulation<br />
Randbedingungen Büro Besprechung<br />
Nutzung 7-18 Uhr 11-13 Uhr<br />
Anzahl Personen 4 15<br />
Sensible Wärmeabgabe je Person 75 W 75 W<br />
Arbeitshilfen 276 W 457 W<br />
Beleuchtung 12 W/m² 12 W/m²<br />
Soll-Beleuchtungsstärke 500 lux 500 lux<br />
Tageslichtquotient 2 % 2 %<br />
Infiltration 0,14 h -1 0,14 h -1<br />
Hygienischer Luftwechsel 4 m³/(m²h) 15 m³/(m²h)<br />
Tabelle 2: Technische Daten der Kühldecken<br />
Technische Daten der Kühldecken <strong>Ecophit</strong>system Referenzsystem<br />
DIN EN<br />
14240<br />
DIN<br />
4715-1<br />
DIN EN<br />
14240<br />
Nenn-Kühlleistung [W/m²] 71,5 65,4 59,2 50,6<br />
DIN<br />
4715-1<br />
Aktive Fläche [m²] 9,08 12,58 9,87 14,71<br />
Auslegungsmassestrom [kg/(m²h)] 30,8 22,2 28,3 19,0<br />
Rohrabstand [cm] 12,5 13,0<br />
Rohr-Innendurchmesser [mm] 11,1 10,8<br />
Horizontaler Wärmedurchgangskoeffizient U wrx<br />
[W/(m²K)] 21,40 13,95<br />
„ECOPHIT“- und der Referenzkühldecke<br />
sind in Tabelle 2 zusammengefasst.<br />
Thermische Simulation<br />
a) Vorgehensweise,<br />
Randbedingungen<br />
Die Temperaturverläufe und<br />
Energiebedarfswerte werden<br />
für ein Jahr dynamisch mit Hilfe<br />
von thermischen Simulationen<br />
ermittelt. Hierfür werden drei<br />
repräsentative Räume eines Bürogebäudes<br />
eingegeben: Großraumbüro<br />
West, Großraumbüro<br />
Ost und Besprechungsraum<br />
West. Als Wetterrandbedingungen<br />
werden die Daten des<br />
aktuellen Referenzklimas für<br />
Deutschland nach EnEV 2013<br />
(TRY-Region 4, Nordostdeutsches<br />
Tiefland, Repräsentanzstation<br />
Potsdam [2]) verwendet.<br />
Es werden sowohl das durchschnittliche<br />
als auch das Testreferenzjahr<br />
mit extrem warmem<br />
Sommer betrachtet.<br />
Die drei untersuchten Räume<br />
sind hinsichtlich ihrer Geometrie<br />
identisch. Die Grundfläche<br />
beträgt 44 m². Bei einer lichten<br />
Höhe von 2,8 m ergibt sich ein<br />
Raumvolumen von 123,2 m³.<br />
Die Außenwand ist massiv mit<br />
außenliegender Wärmedämmung<br />
(U = 0,28 W/(m²K)), die Innenwände<br />
sind leichte Trockenbaukonstruktionen.<br />
Die Böden haben<br />
einen Kunststoff-Bodenbelag,<br />
Zementestrich und Trittschalldämmung.<br />
Die Fensterfläche<br />
beträgt 15,68 m², was einem<br />
Fens terflächenanteil von 70 %<br />
entspricht. Die Fenster sind mit einer<br />
Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung<br />
(U w<br />
= 1,3 W/(m²K),<br />
g = 0,61) mit 30 % Rahmenanteil<br />
ausgestattet. Außerdem wird ein<br />
außenliegender Sonnenschutz<br />
(F C<br />
= 0,2) berücksichtigt, der automatisch<br />
geschlossen wird, wenn<br />
die Gesamtstrahlung (Summe<br />
aus Direkt- und Diffusstrahlung)<br />
auf der betreffenden Fassade<br />
über 200 W/m² steigt. Es wird<br />
davon ausgegangen, dass bei<br />
geschlossenem Sonnenschutz<br />
2
<strong>Sonderdruck</strong> » aus tab 3/2013<br />
4<br />
Übertemperaturstunden<br />
5<br />
Übertemperaturstunden<br />
150<br />
operative Raumtemperatur<br />
146<br />
137<br />
>26°C >27°C >28°C >29°C >30°C<br />
150<br />
operative Raumtemperatur<br />
>26°C >27°C >28°C >29°C >30°C<br />
125<br />
125<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
33<br />
0 0 0<br />
33<br />
5 0 0<br />
37<br />
25<br />
8<br />
2 0<br />
89<br />
7<br />
0 0 0<br />
93<br />
11<br />
0 0 0<br />
34<br />
20<br />
5 1 0<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
19<br />
14<br />
0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, mechanische Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
extremer Sommer, mechanische Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
Natürliche Lüftung<br />
Mechanische Lüftung<br />
ausreichend Tageslicht in den<br />
Raum gelangt, um kein Kunstlicht<br />
zu benötigen.<br />
Die internen Wärmelasten<br />
sowie die Infiltration aufgrund<br />
von Undichtheiten und der hygienische<br />
Mindestluftwechsel (über<br />
natürliche bzw. mechanische<br />
Lüftung) werden in Anlehnung<br />
an DIN V 18 599-10 [3] bzw. DIN<br />
4108-2 [4] angesetzt (Tabelle<br />
1). Eine zusätzliche natürliche<br />
Lüftung zur Abfuhr von Wärmelasten<br />
oder eine Nachtlüftung<br />
erfolgt nicht. Bei den Varianten<br />
mit mechanischer Lüftungsanlage<br />
ist diese nur während<br />
der Nutzungszeiten in Betrieb,<br />
um vergleichbare Ergebnisse zu<br />
erhalten. Die Zulufttemperatur<br />
beträgt konstant 20 °C, zudem<br />
wird aus Behaglichkeitsgründen<br />
die Zuluft auf eine maximale<br />
absolute Feuchte von 10 g/kg<br />
entfeuchtet. Für die Heizung wird<br />
eine ideale Heizung des Raumes<br />
auf 20 °C mit 50 % radiativem<br />
Anteil (z. B. Plattenheizkörper)<br />
angesetzt, die aktiv sein kann,<br />
wenn das 48 h-Mittel der Außentemperatur<br />
kleiner 12 °C ist.<br />
b) Eingabe der Kühldecken<br />
Die Leistungsdaten einer Kühldecke<br />
können auf unterschiedliche<br />
Arten und auf Basis unterschiedlicher<br />
Normen ermittelt<br />
werden. DIN 4715-1 [5] wurde<br />
zurückgezogen und durch DIN<br />
EN 14 240 ersetzt. Daher liegen<br />
für die beiden untersuchten Kühldecken<br />
Prüfberichte gemäß DIN<br />
EN 14 240 vor. Da für die Simulationssoftware<br />
„TRNSYS 17.1“<br />
jedoch technische Daten gemäß<br />
DIN 4715-1 benötigt werden,<br />
erfolgt eine Umrechnung mit Berücksichtigung<br />
der abweichen den<br />
Flächen- und Temperaturbezüge<br />
der beiden Normen (Tabelle 2).<br />
Zudem werden die Gleichungen<br />
von Koschenz [6], die für<br />
thermoaktive Bauteile gelten,<br />
sinngemäß angewendet, um die<br />
Wärmedurchgangskoeffizienten<br />
vom Wasser in die horizontale<br />
Plattenebenen U wrx<br />
zu berechnen.<br />
Die Kühldecken werden mit<br />
einer Belegungsdichte von 70 %<br />
(Ausgangsfall) bzw. 60 % (reduzierte<br />
Größe) angesetzt. Diese<br />
Belegungsdichte beschreibt das<br />
Verhältnis von der Plattenfläche<br />
zur gesamten Deckenfläche des<br />
Raumes. Somit ist bei einer<br />
Grundfläche der untersuchten<br />
Räume von 44 m² die Kühldecke<br />
im Ausgangsfall 30,8 m² (aktive<br />
Fläche gemäß DIN 4715-1) groß,<br />
bei den Varianten mit reduzierter<br />
Größe 26,4 m².<br />
Im Ausgangsfall beträgt die<br />
Vorlauftemperatur 16 °C, mindestens<br />
jedoch 1 K über der<br />
Taupunkttemperatur im Raum<br />
(Taupunktwächter). Wird nicht<br />
die volle Leistung benötigt, wird<br />
der Massestrom reduziert (Regelung<br />
über P-Regler).<br />
c) Simulationsvarianten<br />
Es werden die folgenden Parameter einzeln sowie in Kombination<br />
miteinander als Varianten simuliert:<br />
■■<br />
Raumtyp (Büro West, Büro Ost, Besprechung West),<br />
■■<br />
Kühldeckentyp (Referenzsystem, „ECOPHIT“-System),<br />
■■<br />
Testreferenzjahr (durchschnittliches Jahr, extrem warmer<br />
Sommer),<br />
■■<br />
Lüftung (natürliche Lüftung, mechanische Lüftung),<br />
■■<br />
Größe der „ECOPHIT“-Kühldecke (70 % Belegungsdichte,<br />
60 % Belegungsdichte),<br />
■■<br />
Vorlauftemperatur der „ECOPHIT“-Kühldecke (16 °C, 18,5 °C).<br />
In dieser Studie ist nur eine Auswahl der untersuchten Varianten<br />
dargestellt.<br />
Simulationsergebnisse<br />
Ziel der Simulation ist die Ermittlung des jährlichen Verlaufs<br />
des Kühlenergiebedarfs für alle Varianten. Zur Bewertung des<br />
thermischen Komforts wird zudem die operative Temperatur<br />
(Raumtemperatur) ausgewertet. Diese setzt sich bei Luftgeschwindigkeiten<br />
bis 0,2 m/s je zur Hälfte aus der Lufttemperatur und<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
6<br />
150<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
Übertemperaturstunden<br />
operative Raumtemperatur<br />
146<br />
137<br />
33<br />
0 0 0<br />
33<br />
5 0 0<br />
37<br />
25<br />
8<br />
2 0<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
Übertemperaturstunden<br />
>26°C >27°C >28°C >29°C >30°C<br />
129<br />
28<br />
0 0 0<br />
Erhöhte Vorlauftemperatur des „ECOPHIT“-Systems<br />
138<br />
30<br />
4 0 0<br />
40<br />
22<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
Vorlauftemperatur 18,5°C<br />
7<br />
1 0<br />
3
aus tab 3/2013 « <strong>Sonderdruck</strong><br />
7<br />
Häufigkeit Taupunktwächter<br />
Vorlauftemperatur während der Betriebszeiten der Kühldecke<br />
der Strahlungstemperatur der umgebenden Flächen zusammen.<br />
Hiermit wird eine Temperatur angegeben, die speziell bei Einsatz<br />
von Flächenkühlsystemen der gefühlten Temperatur näher kommt<br />
als lediglich die Lufttemperatur.<br />
Bild 3 zeigt beispielhaft die Simulationsergebnisse der Variante<br />
des Westbüros mit natürlicher Lüftung und extremem Sommer<br />
in einer Woche im Sommer. Es wird deutlich, dass aufgrund<br />
der Strahlungskühlung und der natürlichen Lüftung bei hohen<br />
Außentemperaturen die Raumlufttemperatur (rot) über die operative<br />
Temperatur (grün) steigt. Auch zeigt sich, dass die Leistung<br />
der Kühldecke nicht ausreichend ist, um die Raumtemperatur<br />
jederzeit unter 26 °C zu halten. An drei Tagen ist es erforderlich,<br />
die Vorlauftemperatur (lila) auf über 16 °C zu erhöhen, um eine<br />
Unterschreitung der Taupunkt tem peratur an der Kühldecke zu<br />
verhindern (Taupunktwäch ter). Die spezifische Kühlleistung<br />
(braun) bezieht sich auf die Kühldeckenfläche. Sie kann aufgrund<br />
des zeitweise reduzierten Massestroms und aufgrund von abweichenden<br />
Randbedingungen gegenüber der Prüfraumsituation<br />
geringer oder höher sein als die Nenn-Kühlleistung.<br />
Um eine Aussage über die Häufigkeit und Höhe der Überschreitung<br />
der Soll-Raumtemperaturen treffen zu können, werden die<br />
Übertemperaturstunden ausgewertet. Wie in den Bildern 4 und<br />
5 deutlich wird, fallen sie mit dem „ECOPHIT“-System aufgrund<br />
dessen höherer Kühlleistung geringer aus als mit dem Referenzsystem.<br />
Dies bedeutet einen höheren thermischen Komfort in<br />
den Räumen mit „ECOPHIT“-Kühldecke bei ansonsten gleichen<br />
Randbedingungen.<br />
Bei den Varianten mit mechanischer Lüftung wird die Zuluft<br />
mit konstant 20 °C eingebracht. Hierdurch reduzieren sich die<br />
Übertemperaturen stark gegenüber den Varianten mit natürlicher<br />
Lüftung. Zusätzlich wird untersucht, wie weit die Vorlauftemperatur<br />
bei dem „ECOPHIT“-System angehoben werden kann, um einen<br />
thermischen Komfort zu erzielen, der dem des Referenzsystems<br />
entspricht. Hierbei wird iterativ vorgegangen: die Vorlauftemperatur<br />
wird bei den Varianten mit dem „ECOPHIT“-System erhöht, bis die<br />
Übertemperaturstunden annähernd identisch mit den jeweiligen<br />
Varianten des Referenzsystems mit einer Vorlauftemperatur von<br />
16 °C sind. Das Ergebnis ist eine Vorlauftemperatur des „ECOPHIT“-<br />
Systems von 18,5 °C, wie es bei spielhaft in Bild 6 deutlich wird.<br />
9<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
150<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
Übertemperaturstunden<br />
137<br />
operative Raumtemperatur<br />
33<br />
0 0 0<br />
146<br />
33<br />
5 0 0<br />
37<br />
25<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
>26°C >27°C >28°C >29°C >30°C<br />
8<br />
2 0<br />
137<br />
33<br />
0 0 0<br />
146<br />
34<br />
37<br />
25<br />
6 0 0<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
reduzierte Größe<br />
Verringerte Belegungsdichte des „ECOPHIT“-Systems<br />
8<br />
2 0<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
1500<br />
1250<br />
1000<br />
750<br />
500<br />
250<br />
0<br />
605<br />
814<br />
erhöhte Vorlauftemperatur<br />
569<br />
757<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, mechanische Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
Durch die höhere Vorlauftemperatur<br />
wird eine erhöhte<br />
Effizienz der Kälteerzeugung<br />
erreicht (siehe unter „Ergebnisse<br />
Energie effizienz“). Neben den<br />
energetischen Vorteilen bedeutet<br />
eine erhöhte Vorlauftemperatur<br />
außerdem, dass der Taupunktwächter<br />
seltener benötigt wird.<br />
Der Taupunktwächter wird eingesetzt,<br />
um an der Kühldecke eine<br />
Unterschreitung der Taupunkttemperatur<br />
zu vermeiden, indem<br />
raumweise bzw. je Regelkreis<br />
über ein Mischventil die Vorlauftemperatur<br />
erhöht wird. Liegt<br />
die Auslegungstemperatur bei<br />
16 °C muss sie häufiger angehoben<br />
werden als wenn sie bei<br />
18,5 °C liegt.<br />
Die Häufigkeit der Aktivierung<br />
des Taupunktwächters hängt<br />
sehr stark von den individuellen<br />
369<br />
499<br />
Auslegungsvorlauftemperatur<br />
11<br />
1419<br />
extremer Sommer, mechanische Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
Vorlauftemperatur 18,5°C<br />
Erhöhte Auslegungsvorlauftemperatur des „ECOPHIT“-Systems<br />
(mechanische Lüftung)<br />
8<br />
Häufigkeit [h/a]<br />
1500<br />
1250<br />
1000<br />
750<br />
500<br />
250<br />
0<br />
Häufigkeit Taupunktwächter<br />
524<br />
590<br />
Randbedingungen, z. B. Infiltration,<br />
Zuluftfeuchte und internen<br />
Feuchtelasten, ab. Bei den Randbedingungen,<br />
wie sie bei dieser<br />
Simulation angesetzt werden,<br />
wird bei dem „ECOPHIT“-System<br />
mit einer Auslegungstemperatur<br />
von 18,5 °C der Taupunktwächter<br />
bei Einsatz einer mechanischen<br />
Lüftung sehr selten aktiviert<br />
(Bild 7). Um dies auch bei dem<br />
Referenzsystem zu erreichen,<br />
müsste die Raumluftfeuchte<br />
deutlich niedriger sein. Dies<br />
wäre durch eine geringere Zuluftfeuchte<br />
erreichbar, was mit<br />
einem höheren Energiebedarf für<br />
die Entfeuchtung einherginge.<br />
Wie Bild 8 zeigt, ist für das<br />
natürlich belüftete Gebäude der<br />
Taupunktwächter dagegen auch<br />
bei dem „ECOPHIT“-System<br />
erforderlich, da keine Entfeuch<br />
7<br />
1319<br />
Vorlauftemperatur während der Betriebszeiten der Kühldecke<br />
erhöhte Vorlauftemperatur Auslegungsvorlauftemperatur<br />
500<br />
572<br />
341<br />
439<br />
Büro West Büro Ost Bespr. West Büro West Büro Ost Bespr. West<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
Referenz-Kühldecke<br />
216<br />
903<br />
209<br />
858<br />
extremer Sommer, natürliche Lüftung,<br />
<strong>Ecophit</strong>-Kühldecke<br />
Vorlauftemperatur 18,5°C<br />
Erhöhte Auslegungsvorlauftemperatur des „ECOPHIT“-Systems<br />
(natürliche Lüftung)<br />
33<br />
843<br />
140<br />
644<br />
4
<strong>Sonderdruck</strong> » aus tab 3/2013<br />
10<br />
EER<br />
11<br />
EER<br />
35<br />
35<br />
30<br />
25<br />
100 % Teillast<br />
80 % Teillast<br />
60 % Teillast<br />
40 % Teillast<br />
20 % Teillast<br />
30<br />
25<br />
100 % Teillast<br />
80 % Teillast<br />
60 % Teillast<br />
40 % Teillast<br />
20 % Teillast<br />
EER [-]<br />
20<br />
15<br />
EER [-]<br />
20<br />
15<br />
10<br />
10<br />
5<br />
5<br />
0<br />
0<br />
-5 0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Außentemperatur [°C]<br />
-5 0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Außentemperatur [°C]<br />
Darstellung in Abhängigkeit der Außentemperatur und der Teillast für<br />
15 °C Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
Darstellung in Abhängigkeit der Außentemperatur und der Teillast für<br />
17,5 °C Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
tung erfolgt. In dem Westbüro<br />
ist mit dem Referenzsystem zu<br />
47 % der Zeiten mit Kühldeckenbetrieb<br />
eine Anhebung der<br />
Vorlauftemperatur erforderlich.<br />
Mit dem „ECOPHIT“-System<br />
dagegen ist dies nur zu 19 %<br />
der Betriebszeiten der Fall.<br />
Weiterhin wird ebenfalls<br />
auf iterativem Weg ermittelt,<br />
dass die Belegungsdichte des<br />
„ECOPHIT“-Systems von 70 %<br />
auf 60 % verringert werden kann,<br />
um einen annähernd identischen<br />
thermischen Komfort zu erreichen<br />
wie das Referenzsys tem<br />
(Bild 9). Die reduzierte Kühldeckenfläche<br />
kann zu einer Reduktion<br />
der Investitionskos ten<br />
führen. Außerdem erhöht sich<br />
der Gestaltungsspielraum der<br />
Decke, da mehr Platz für die<br />
Integration von Leuchten oder<br />
anderen Einbauten bleibt.<br />
Energieeffizienz in der<br />
Kälte erzeugung<br />
a) Vorgehensweise und<br />
Randbedingungen<br />
Wie die thermischen Simulationen<br />
gezeigt haben, kann mit<br />
einer „ECOPHIT“-Kühldecke<br />
mit einer Vorlauftemperatur von<br />
18,5 °C die gleiche Behaglichkeit<br />
wie bei einer Referenzkühldecke<br />
mit 16 °C erreicht werden. Durch<br />
die erhöhte Vorlauftemperatur<br />
steigert sich die Effizienz der<br />
Kälteerzeugung. Ziel ist, die<br />
daraus resultierende Stromeinsparung<br />
zu berechnen.<br />
Voraussetzung für die Effizienzsteigerung<br />
der Kältemaschine<br />
ist, dass die Kältemaschine<br />
tatsächlich auf die Vorlauftemperatur<br />
der Kühldecke ausgelegt<br />
wird. Falls die Kältemaschine<br />
ein geringes Temperaturniveau<br />
erzeugen und die Vorlauftemperatur<br />
für die Kühldecke nur<br />
hochgemischt werden würde,<br />
wäre keine Energieeinsparung<br />
bei der Kälteerzeugung möglich.<br />
Das bedeutet auch, dass für<br />
den Fall, dass andere Verbraucher<br />
vorhanden sind, die ein<br />
niedrigeres Temperaturniveau<br />
benötigen (z. B. RLT mit Zuluftentfeuchtung),<br />
diese über eine<br />
andere Kältemaschine versorgt<br />
werden müssen.<br />
Als Grundlage dieser Untersuchung<br />
wird eine Kompakt-<br />
Kompressionskältemaschine<br />
be trachtet, da diese ein häufig<br />
eingesetztes, kostengünstiges<br />
Standardsystem ist. Bei einer<br />
Kompressionskältemaschine<br />
durch läuft ein Kältemittel in<br />
einem geschlossenen Kreislauf<br />
verschiedene Aggregatszustände:<br />
Verdichtung am Kompressor, Verflüssigung<br />
am Kondensator durch<br />
Wärmeabgabe an ein wasser-,<br />
luft- oder verdunstungsgekühltes<br />
Rückkühlsystem, Entspannung<br />
am Expansionsventil und Verdampfung<br />
an einem Wärmetauscher<br />
(Verdampfer), wodurch<br />
das Kaltwasser zur Kühlung des<br />
Gebäudes erzeugt wird.<br />
Die Energieeffizienz lässt sich<br />
durch die bei Kompressionskältemaschinen<br />
als EER (Energy<br />
Efficiency Ratio) bezeichnete<br />
Leistungszahl beschreiben.<br />
Der EER entspricht dem Quotienten<br />
aus der Kälteleistung<br />
(Nutzen) und der elektrischen<br />
Leistungsaufnahme der Kompressionskältemaschine<br />
(Aufwand).<br />
Typische Werte für den<br />
EER im Auslegungsfall sind abhängig vom Verdichtertyp, dem<br />
Kältemittel und der Kaltwasseraustrittstemperatur, wie in DIN V<br />
18 599-7:2011-12 [7] angegeben. Diese Werte berücksichtigen bei<br />
luftgekühlten Kältemaschinen neben Kompressor und Pumpen<br />
auch die elektrische Hilfsenergie der Ventilatoren zur Rückkühlung.<br />
Im Jahresverlauf ändert sich die Effizienz der Kälteerzeugung<br />
abhängig von der Außentemperatur und dem Teillastfaktor. Bezogen<br />
auf das ganze Jahr spricht man vom SEER (Saisonal Energy<br />
12<br />
Kälte- bzw. Strombedarf Kälteerzeugung [kWh/m²a]<br />
Kälte- bzw. Strombedarf Kälteerzeugung [kWh/m²a]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Kältebedarf im Raum (ohne RLT)<br />
Strombedarf Kälteerzeugung Kühldecke<br />
23,79 24,08 23,84<br />
16,70<br />
16,85 16,76<br />
3,87 3,94 3,67<br />
5,76 5,90 5,44<br />
Ref. 16 C VL Eco. 16 C VL Eco. 18.5 C VL Ref. 16 C VL Eco. 16 C VL Eco. 18.5 C VL<br />
normaler Sommer, natürliche Lüftung extremer Sommer, natürliche Lüftung<br />
Varianten mit natürlicher Lüftung<br />
13<br />
Spezifischer Kälte- und Strombedarf<br />
Spezifischer Kälte- und Strombedarf<br />
Kältebedarf im Raum (ohne RLT)<br />
Strombedarf Kälteerzeugung Kühldecke<br />
20,23<br />
20,24 20,23<br />
4,26 4,25 3,90<br />
25,04 25,06 25,05<br />
5,64 5,64 5,26<br />
Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL<br />
normaler Sommer, mechanische Lüftung extremer Sommer, mechanische Lüftung<br />
Varianten mit mechanischer Lüftung<br />
5
aus tab 3/2013 « <strong>Sonderdruck</strong><br />
14<br />
Aufteilung der Kälteerzeugung<br />
Aufteilung Kälteerzeugung [kWh/m²a]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Freikühlbetrieb<br />
Mechanische Kühlung über<br />
Kältemaschine MC<br />
1,95<br />
14,75<br />
2,10<br />
14,75<br />
2,55<br />
14,21<br />
Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL<br />
normaler Sommer, natürliche Lüftung extremer Sommer, natürliche Lüftung<br />
Freikühlbetrieb<br />
Mechanische Kühlung über<br />
Kältemaschine MC<br />
Efficiency Ratio). Dies ist das Verhältnis aus Jahreskälteerzeugung<br />
und dem jährlichen Strombedarf für die Kälteerzeugung. Der SEER<br />
berücksichtigt sowohl das reale Verhalten der Kältemaschine unter<br />
Teillastbedingungen als auch variable Außenlufttemperaturen.<br />
Für die Untersuchung wird davon ausgegangen, dass bei<br />
der Kälte maschine ein Freikühlbetrieb möglich ist. Fällt die<br />
Außentem pe ra tur unter die Vorlauftempe ratur, kann hierdurch das<br />
Gebäu de kühlwasser direkt über die Rück kühleinrichtung gekühlt<br />
werden. Da die Kühlung ohne Betrieb des Kompressors erfolgt,<br />
wird im Freikühlbetrieb nur Strom für Rückkühlventilatoren und<br />
Pumpen benötigt. Daher ist der Strombedarf geringer.<br />
Die Ergebnisse der thermischen Simulationen werden auf ein<br />
fiktives Bürogebäude mit ca. 5000 m² Nutzfläche hochgerechnet.<br />
Es wird davon ausgegangen, dass sich das Bürogebäude folgendermaßen<br />
zusammensetzt: 45 % westorientierte Büros, 5 %<br />
westorientierte Besprechungsräume, 50 % ostorientierte Büros.<br />
Auf diese Weise lässt sich ein realen Verhältnissen entsprechender<br />
ausgeglichener Lastgang abbilden.<br />
Es wird ein Berechnungstool entwickelt, mit dem die Berechnung<br />
der Effizienz der Kälteerzeugung auf Stundenbasis möglich<br />
ist. Das Tool basiert auf den Berechnungsvorschriften der DIN V<br />
18 599-7. Für den Freikühlbetrieb werden darüber hinausgehende<br />
eigene Berechnungsalgorithmen entwickelt. Das Tool errechnet<br />
den stündlichen EER in Abhängigkeit des Betriebsmodus. Sofern<br />
ein Kältebedarf besteht, wird der Betriebs modus in Abhängigkeit<br />
der Außentemperatur, Vorlauf- und Rücklauftemperatur festgelegt.<br />
Mögliche Betriebsmodi sind mechanische Kühlung (MC), Kühlung<br />
im Freikühlbetrieb (FC) oder Mischbetrieb (MC/FC).<br />
Für die Untersuchung werden die technischen Daten einer<br />
luftgekühlten Kompakt-Kompressionskältemaschine mit Freikühlbetrieb<br />
und einer Nennkälteleistung von 250 kW angesetzt. Als<br />
Kompressor dient ein Scrollverdichter. Das Kältemittel ist R407C.<br />
Zwischen der außen aufgestellten Kompakt-Kompressionskältemaschine<br />
und dem Rohrleitungssystem des Gebäudes ist ein<br />
Wärmetauscher mit einer Grädigkeit von 1 K zwischengeschaltet.<br />
Das heißt, die Kältemaschine muss um 1 K niedrigere Kaltwasseraustrittstemperaturen<br />
erzeugen, als die Vorlauftemperaturen des<br />
Gebäudekühlwassers betragen.<br />
In Tabelle 3 ist der EER für unterschiedliche Auslegungstemperaturen<br />
für die gewählte Kältemaschine aufgezeigt. Zusätzlich<br />
ist die Kaltwasservorlauftemperatur im Gebäude angegeben. In<br />
DIN V 18 599-7 sind EER-Standardwerte für 6 und 14 °C Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
angegeben. Im Tool werden diese<br />
Werte extrapoliert. In den Bildern 10 und 11 sind die sich unter<br />
den gewählten Randbedingungen mit dem Berechnungstool<br />
ergebenden Energy Efficiency Ratio (EER) in Abhängigkeit des<br />
Teillastverhältnisses und der Außentemperatur dargestellt. Die<br />
Kaltwasseraustritts- und -eintrittstemperaturen wurden entsprechend<br />
der Simulations vor- bzw. -rücklauftemperaturen unter<br />
Berücksichtigung der Grädigkeit des Wärmetauschers gewählt.<br />
Es lässt sich erkennen, dass mit steigender Außentemperatur der<br />
EER sinkt. Bei den Kurven mit 17,5 °C Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
ergibt sich im Vergleich zu 15 °C Kaltwasseraustrittstemperatur ein<br />
leicht höherer EER bei gleichen Außentemperaturen (vgl. auch Tabelle<br />
3 Auslegungsfall). Auch ein Freikühlbetrieb ist noch bei höheren<br />
Außentemperaturen möglich. Generell nimmt die Effizienz der<br />
Kältemaschine im Freikühlbetrieb mit fallendem Teillastverhältnis<br />
ab. Im Mischbetrieb kann die Effizienz bei geringer Teillast auch<br />
unter die Effizienz der Kältemaschine fallen. Bei mechanischer Kühlung<br />
spielt das Teillastverhältnis<br />
eine unter geordnete Rolle. Beim<br />
Be rech nungstool wird davon<br />
aus gegangen, dass die Kompakt-<br />
Kompressionskältemaschine nur<br />
bis zu einer minimalen Teillast<br />
von 20 % betrieben wird. Fällt<br />
die Teillast unter diesen Bereich<br />
erfolgt die Kälteversorgung über<br />
einen Pufferspeicher.<br />
b) Ergebnisse Energieeffizienz<br />
Mit Hilfe des entwickelten Berech<br />
nungstools kann für die<br />
stun denweisen Simulationser<br />
1,89<br />
21,90<br />
2,01<br />
22,07<br />
Freikühl- und Kältemaschinenbetrieb bei natürlicher Lüftung<br />
15<br />
Aufteilung Kälteerzeugung [kWh/m²a]<br />
Aufteilung der Kälteerzeugung<br />
6,24<br />
13,99<br />
6,66<br />
13,58<br />
7,55<br />
12,68<br />
19,88<br />
2,45<br />
21,39<br />
Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL Ref. 16°C VL Eco. 16°C VL Eco. 18.5°C VL<br />
normaler Sommer, mechanische Lüftung extremer Sommer, mechanische Lüftung<br />
5,16<br />
5,57<br />
19,48<br />
Freikühl- und Kältemaschinenbetrieb bei mechanischer Lüftung<br />
6,33<br />
18,72<br />
geb nisse der zugehörige Strombedarf<br />
ermittelt werden. Die<br />
Aus wertung erfolgt jeweils für<br />
die Varianten Referenz- und<br />
„ECOPHIT“-System mit einer<br />
Vorlauftemperatur von 16 °C<br />
und bei dem „ECOPHIT“-System<br />
auch mit einer Vorlauftempera tur<br />
von 18,5 °C. Weiterhin werden<br />
die Varianten für den durchschnittlichen<br />
Sommer und<br />
extremen Sommer sowie für<br />
natürliche Lüftung bzw. mechanische<br />
Lüftung untersucht.<br />
Die Ergebnisse für den Kälte-<br />
Tabelle 3: EER (Auslegungsfall) in Abhängigkeit<br />
der Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
Kaltwasseraustrittstemperatur<br />
Kaltwasservorlauftemperatur<br />
6 °C 6 °C<br />
(kein Wärmetauscher)<br />
14 °C 14 °C<br />
(kein Wärmetauscher)<br />
EER<br />
(Auslegungsfall)<br />
2,5<br />
(Normwert)<br />
3,10<br />
(Normwert)<br />
15 °C 16°C 3,18 (Tool)<br />
17,5 °C 18,5 °C 3,36 (Tool)<br />
6
<strong>Sonderdruck</strong> » aus tab 3/2013<br />
16<br />
Energieeffizienz<br />
17<br />
Energieeffizienz<br />
Energy Efficiency Ratio [-]<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
EER (Energy Efficiency<br />
Ratio - Auslegung)<br />
SEER (Seasonal Energy<br />
Efficiency Ratio)<br />
3,18<br />
4,31<br />
3,18<br />
4,27<br />
3,36<br />
4,56<br />
3,18<br />
4,13<br />
3,18<br />
4,08<br />
3,36<br />
4,38<br />
Energy Efficiency Ratio [-]<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
EER (Energy Efficiency<br />
Ratio - Auslegung)<br />
SEER (Seasonal Energy<br />
Efficiency Ratio)<br />
3,18<br />
4,75<br />
3,18<br />
4,76<br />
3,36<br />
5,18<br />
3,18<br />
4,44<br />
3,18<br />
4,44<br />
3,36<br />
4,76<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
Ref, 16°C VL Eco, 16°C VL Eco, 18,5°C VL Ref. 16°C VL Eco, 16°C VL Eco, 18,5°C VL<br />
normaler Sommer, natürliche Lüftung extremer Sommer, natürliche Lüftung<br />
Ref, 16°C VL Eco, 16°C VL Eco, 18,5°C VL Ref. 16°C VL Eco, 16°C VL Eco, 18,5°C VL<br />
normaler Sommer, mechanische Lüftung extremer Sommer, mechanische Lüftung<br />
Kältemaschine bei natürlicher Lüftung<br />
Kältemaschine bei mechanischer Lüftung<br />
und Strombedarf sind in den<br />
Bildern 12 und 13 bezogen auf<br />
die Gebäudenutzfläche dargestellt.<br />
Der sich aus der Simulation<br />
ergebende spezifische<br />
Jahres-Kältebedarf liegt bei der<br />
Referenz-Variante bei normalem<br />
Sommer und mit natürlicher Lüftung<br />
bei 16,70 kWh/(m² a), der<br />
Strombedarf für die Kälteerzeugung<br />
bei 3,87 kWh/(m² a). Weil<br />
die „ECOPHIT“-Kühl decke eine<br />
höhere Kühlleis tung hat, kann<br />
diese einen höheren Kühlbedarf<br />
decken. Daher ist der Kühl- und<br />
Strombedarf der „ECOPHIT“-<br />
Variante mit 16,85 kWh/(m² a)<br />
Kälte- und 3,94 kWh/(m² a)<br />
Strombedarf etwas höher. Da<br />
die „ECOPHIT“-Variante (18,5 °C<br />
Vorlauftemperatur) so festgelegt<br />
ist, dass sie den gleichen Komfort<br />
wie die Referenz-Variante aufweist,<br />
ist auch der Kältebedarf<br />
annähernd gleich hoch. Der<br />
Kälteerzeugungsstrombedarf<br />
sinkt auf 3,67 kWh/(m² a). Somit<br />
bestätigt sich die Erwartung,<br />
dass durch die höhere Vorlauftemperatur<br />
die Effizienz der Kälte<br />
erzeugung gesteigert werden<br />
kann. Dies zeigt sich auch bei<br />
der Variante für den extremen<br />
Sommer, bei der der Kältebedarf<br />
generell höher liegt. Bei der<br />
„ECOPHIT“-Variante (18,5 °C<br />
Vorlauftemperatur) reduziert sich<br />
durch die Effizienzsteigerung der<br />
Kältemaschine der Strombedarf<br />
um 6 %. Bei den Varianten mit<br />
mechanischer Kühlung (Bild<br />
13) ist zu beachten, dass der<br />
Kälte bedarf nur die Kühlung im<br />
Raum (d.h. die Kühlung über die<br />
Kühldecke) berücksichtigt. Der<br />
Energiebedarf für die Kühlung<br />
der Zuluft in der RLT-Anlage ist<br />
nicht enthalten.<br />
Bei der Variante mit mechanischer<br />
Lüftung und durchschnittlichem<br />
Sommer liegt der spezifische<br />
Kältebedarf und damit<br />
der Strombedarf deutlich über<br />
dem der Variante mit natürlicher<br />
Lüftung. Dies lässt sich dadurch<br />
erklären, dass die Zuluft immer<br />
mit 20 °C eingeblasen wird und<br />
dadurch das Kühlpotential der<br />
Außenluft bei der natürlichen<br />
Lüftung entfällt. Durch die Effizienzsteigerung<br />
der Kältemaschine<br />
kann beim mechanisch belüfteten<br />
Gebäude der Strombedarf um<br />
8 % (normaler Sommer) bzw.<br />
7 % (extremer Sommer) reduziert<br />
werden.<br />
Die Diagramme in den Bildern<br />
14 und 15 zeigen die Aufteilung<br />
der Kälteerzeugung auf<br />
Erzeugung im Freikühlbetrieb<br />
und Kältemaschinenbetrieb.<br />
Die Summe der beiden Säulenbestandteile<br />
entspricht jeweils<br />
dem Kältebedarf. Da bei den<br />
Varianten mit mechanischer<br />
Lüftung schon bei niedrigeren<br />
Außentemperaturen ein Kühlbedarf<br />
besteht, kann hier ein<br />
deutlich höherer Freikühlanteil<br />
erzielt werden.<br />
Wie erwartet, kann bei den<br />
„ECOPHIT“-Varianten mit erhöhter<br />
Vorlauftemperatur der<br />
Freikühlanteil gesteigert werden:<br />
Im Vergleich zur Referenzvariante<br />
erhöht sich der Freikühlanteil<br />
bei natürlicher Lüftung<br />
von 12 % auf 15 % (normaler<br />
Som mer) bzw. von 8 % auf<br />
10 % (extremer Sommer), bei<br />
me chanischer Lüftung sogar<br />
von 31 % auf 37 % (normaler<br />
Sommer) bzw. von 21 % auf 25 % (extremer Sommer). Zusätzlich<br />
zeigen die Bilder 16 und 17 die energetische Effizienz der<br />
untersuchten Varianten auf. Angegeben wird der EER unter<br />
Auslegungsbedingungen (siehe auch Tabelle 3) sowie der SEER<br />
(Jahreskälteleistungszahl), die auch die Teillastzustände und die<br />
zugehörigen Außentemperaturen berücksichtigt. Entsprechend<br />
der Strombedarfsreduzierung liegt die Effizienzsteigerung durch<br />
die erhöhte Vorlauftemperatur zwischen 6 % und 8 %.<br />
Fazit<br />
Die Studie zeigt, dass sich durch die erhöhte Leistung der<br />
„ECOPHIT“-Kühldecke folgende Vorteile ergeben:<br />
■■<br />
Bei gleicher Belegung der Decke (70%) kann mit dem<br />
„ECOPHIT“-System ein höherer sommerlicher Komfort als<br />
mit dem Referenzsystem erzielt werden.<br />
■■<br />
Bei einem Belegungsgrad von 60 % der Decke mit „ECO<br />
PHIT“ kann der gleiche thermische Komfort erreicht werden<br />
wie bei der Referenzkühldecke mit 70 % Belegungsgrad.<br />
■■<br />
Die Vorlauftemperatur kann bei „ECOPHIT“ gegenüber<br />
der Referenz bei gleicher Kühldeckengröße von 16 °C auf<br />
18,5 °C erhöht werden, um den gleichen sommerlichen<br />
Komfort zu erreichen. Durch die höhere Vorlauftemperatur<br />
kann die Effizienz der Kältemaschine um 6 % beim natürlich<br />
belüfteten Gebäude und um 7 bis 8 % beim mechanisch<br />
belüfteten Gebäude gesteigert werden. Zudem sinkt die<br />
Häufigkeit des Einsatzes eines Taupunktwächters.<br />
Literatur<br />
[1] DIN EN 14 240:2004-04: Lüftung von Gebäuden – Kühldecken –<br />
Prüfung und Bewertung<br />
[2] Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung: Aktualisierte und<br />
erweitere Testreferenzjahre (TRY) von Deutschland für mittlere und<br />
extreme Witterungsverhältnisse. Zugriff 10. Juni 2011, http://www.<br />
bbsr.bund.de/cln_032/nn_117864/BBSR/DE/FP/ZB/Auftragsforschung/5<br />
EnergieKlimaBauen/2008/Testreferenzjahre/03__ergebnisse.html<br />
[3] DIN V 18 599-10:2011-12: Energetische Bewertung von Gebäuden –<br />
Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung,<br />
Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung; Teil 10:<br />
Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten<br />
[4] DIN 4108-2:2003-07: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden;<br />
Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz<br />
[5] DIN 4715-1:1994-07: Raumkühlflächen; Teil 1: Leistungsmessung bei<br />
freier Strömung, Prüfregeln<br />
[6] Koschenz, M., Lehmann, B: Thermoaktive Bauteilsysteme tabs, EMPA,<br />
Dübendorf 2000<br />
[7] DIN V 18 599-7:2011-12: Energetische Bewertung von Gebäuden –<br />
Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung,<br />
Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung; Teil 7: Endenergiebedarf<br />
von Raumlufttechnik- und Klimakältesystemen für den<br />
Nichtwohnungsbau<br />
7