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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

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