Vorlesung Kühlung / Bauteilaktivierung - Unics.uni-hannover.de

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Raumlufttechnik Grundlagen

Gliederung

•Luft-Wasser-Anlagen

•Kühldecken

Bauteilaktivierung

•Speicherverhalten

•Geothermie (Hinweise)

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Luft-Wasser-Anlage

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• Kühllast bestimmt neben der Luftqualität den

Volumenstrom (bei Nur-Luft-Anlagen)

• Bei „stiller“ Kühlung deutlich geringerer

Energieverbrauch

• Nutzung des thermischen Verhaltens des Gebäudes

vorrangig (passive Methoden)

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Die Durchläsigkeit von Glas für Strahlung und Transmission

wird durch den Gesamtenergiedurchlassgrad beschrieben:

g =τ + q

E i

τ

E

q i

:Direkte Einstrahlung

Sekundärstrahlen

Der Shadding-Faktor ist der g-Wert bezogen auf ein 2-Sche

Normalglasfenster:

b =

g

0,8

Universität Hannover Lichtdurchlässigkeit Fakultät Architektur und Landschaft Institut für Entwerfen und Konstruieren Abtl. TGA Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne Folie 9

ζr


Die Selektivitätskennzahl S ist das Verhältnis der Lichtdurchläss

zum g-Wert:

Eine hohe Selektivitätszahl drückt ein günstiges Verhältnis aus.

Grenze des physikal. Machbaren.

Ziel: geringerer g-Wert bei hoher Lichtdurchlässigkeit bei Gefah

sommerlichen Überhitzung!

S

=

I L

g

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Bezeichnung Typ g (%) T (%) U (W/m² K)

Planilux

2 mm

Einfachglas 88 91 5,9

Artelio

6 mm, weiß

Cool-Lite

6 mm, silber

Einfachglas

Sonnenschutzglas

Einfachglas

Sonnenschutzglas

67 47 5,7

18 8 4,4

Climalit

23 mm

Climaplus

28 mm Argon

Climaplus 49

21 mm Argon

Climalit

Solar Control, 24 mm,

silber mit Cool-Lite

Climaplus

Solar Control

weiß mit CoolLite

Climaplus

Solar Control

mit Cool-Lite K/SK neutral,

Argon

Iplus neutral R *)

20 mm

Iplus Solar *)

24 mm

Isolierglas 76 81 2,7

Wärmedämmglas 66 67 1,5

Wärmedämmglas 66 67 1,5

Isolierglas 12 7 2,3

Isolierglas 45 57 1,6

Isolierglas 41 66 1,1

Isolierglas 58 76 1,3

Isolierglas 37 49 1,8

Iplus X *) Isolierglas 57 75 0,9

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Materialstärke

Wärme-Kapazität für 1-Tag-Perioden [ Wh/m²K ]

90

80

70

60

50

40

30

20

10

sehr wirksam

noch wirksam

Granit

Beton

Sandstein

Ziegel

Sand

Gasbeton

Hartholz

Weichholz

0

20 40

Dicke [cm]

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Temperaturverlauf Mai

t-aussen

t-innen

Temperatur °C

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tag

Raumtemperatur für mehrere aufeinanderfolgende heitere Tage in Abhängigkeit der Kühllasten für einen Innenraum, Fassade g=0,54,

geringe Speicherfähigkeit (Decke, Fußboden 50 kWh/m 2 , Innenwände 15,4 kWh/m 2 , außenliegender beweglicher Sonnenschutz, innere

Lasten für PC, Beleuchtung und Personen für Standard-Büroraum, Südausrichtung, Luftwechsel 0,5 h -1

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Temperaturverlauf Juli

t-aussen

t-innen

Temperatur °C

32

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tag

Temperaturverlauf im Raum abhängig von der Außentemperatur für einen typischen Büroraum, Ausrichtung Süd, Wärmeschutzglas

g=0,59, beweglicher Sonnenschutz, Fußboden 133 kWh/m2, Decke 0,4 kWh/m2, Innenwände 51,7 kWh/m2, 10 aufeinanderfolgende

heitere Tage, Binnenklima I nach VDI 2078

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Die Einflussgrössen auf das thermische Verhalten

eines Gebäudes

(Skizze)

Direkte

Sonnenstrahlung

Diffuse Sonnenstrahlung

Transmission durch lichtundurchlässige Bauteile

Infiltration von warmer Aussenluft

Wärmeabgabe von Personen, Beleuchtung,

Maschinen

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Die Wärmespeicherung des Raumes bzw. des gesamten

Gebäudes beeinflusst den Temperaturgang:

Der Raum erwärmt sich: durch Sonnenstrahlung direkt und

indirekt, durch Infiltration und Transmission, durch Wärme-

Abgabe der Maschinen, Personen...

Die umschliessenden Bauteile nehmen Wärme durch Strah

auf. Je nach Wandaufbau und zeitlichem Verlauf dringt die

mehr oder weniger tief in die Bautele ein.Die Wände stehen

untereinander im Strahlungsaustausch.

Die Wärmerückströmung „konvektiv“ erfolgt auf der gleiche

Seite der Wand. Die Raumtemperatur steigt!

Tagesgänge von KÜHLASTFAKTOREN beschreiben die Dä

und Zeitverzögerung als Reaktion auf die Strahlungsfunktio

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ρ

kg

-------


λ

W

---------

m ⋅ K

c

J

---------

m ⋅ K

b

J

------------------

m 2 ⋅ K ⋅ s

1/2

Normalbeton 2400 2,10 1000 2240

Zementestrich 2000 1,40 1000 1670

Kalkputz 1800 0,87 1000 1250

Kalksandstein 1400 0,70 1000 990

Leichtbeton 1400 0,62 1000 930

Ziegel 1400 0,58 1000 900

Gipskartonplatten 900 0,21 1000 850

Leichthochlochziegel 800 0,33 1000 510

Holz 600 0,13 2100 400

Hohlblocksteine 500 0,29 1000 380

Gasbeton 600 0,19 1000 340

Kork 300 0,05 1700 160

PS-Hartschaum 20 0,04 1500 35

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Strahlung auf die Aussenwand bedeutet einen Wärmefluss

zusätzlich! Die Berechnung erfolgt durch eine äquivalente

Temperatur! Hier entsteht ein zusätzlicher Wärmedurchgang

zur Wärmerückströmung im Raum.

Die äusseren Wärmequellen wirken durch

-Strahlung

-Transmission

-Infiltration

Für die kritischen Auslegungstage müssen daher Tagesgänge

-Aussenlufttemperatur

-Sonnen- und Himmelsstrahlung

-Strahlungsreflexion der Umgebung

bekannt sein.

Diffusstrahlung ist: diffuse Sonnenstrahlung, reflektierte direkt

Sonnenstrahlung und reflektierte diffuse Sonnens. Zusammen

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Sonnenstrahlung (diffus und direkt)

Man bezeichnet die Direktstrahlung auf eine senlrechte zur So

stehende Fläche als

Idir,norm

und

Eta

Winkel zwischen Flächennormalen und Sonnenstrahlungsrich

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BAUTEILAKTIVIERUNG

FASSADENHEIZUNG

BZW. - KÜHLUNG

DECKENSEGEL ALS

DYNAMISCHE

KOMPONENTE

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BODENBELAG

DOPPELBODEN

OBERE BEWEHRUNG

NEUTRALE ZONE

UNTERE BEWEHRUNG

PUTZ

Bauteilaktivierung mit Rohren in Mittellage und Wärmefluß nach unten ( Bild:

Decke mit aufgeständertem Fußboden, unten: Decke mit Estrich und

Trittschalldämmung

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BODENBELAG

ESTRICH

TRITTSCHALLDÄMMUNG

OBERE BEWEHRUNG

NEUTRALE ZONE

UNTERE BEWEHRUNG

PUTZ

Bauteilaktivierung mit Rohren in Mittellage und Wärmefluß nach unten ( Bild: Decke

mit Estrich und Trittschalldämmung)

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20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0




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BYPASS

WP

10 - 100 m

20 - 70 W/m

BYPASS FÜR

DIREKTE KÜHLUNG

Ø50-80mm

( U - ROHR / DOPPEL U - SONDE )

>5-6m

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0

MAI

NOVEMBER

5

FEBRUAR

AUGUST

TIEFE IN [ m ]

10

15

TIEFE IN [

m]

0

5

10

15

FEBRUAR

MAI

NOVEMBER

AUGUST

20

20

25

25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Bodentemperaturen im oberflächennahen

Erdreich (nach Brehm, D.R. et al :

Universität Hannover Fakultät ArchitekturErgebnisse und Landschaft Institut von für Temperaturmessungen

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im oberflächennahen Erdreich;

Zeitschrift für angew Geowissenschaften (1989) )


Das Energiepotential für Kältenutzung

Trockener sandiger Boden

Feuchter sandiger Boden

Trockener lehmiger Boden

Feuchter lehmiger Boden

Grundwasser führen. Boden

10-15 W/m²

15-20 W/m²

20-25 W/m²

25-30 W/m²

30-35 W/m²

Wärmeleitfähigkeit Erdreich trocken 0,15....0,6 W/(mK)

Wärmeleitfähigkeit Erdreich 10% Feuchte 0,5.....2,0 W/(mK)

Wärmeleitfähigkeit Erdreich 20% Feuchte 0,75...2,7 W/(mK)

Zum Vergleich:

Die Kühllast eines durchschnittlichen

Gebäudes aus

innerer + äußere r Last

beträgt i.a. 40...100 W/m².

Fazit:Oberflächennahe Energie für direkte Kühlung

besonders über Speicherung in Bauteilensinnvoll

nutzbar !

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Technische Konzeption

=> Sanfte Kühlung durch

wasserführende Bauteile

=> Abgabe der aufgenommenen

Energie an das oberflächennahe

Erdreich

oder

• durch Erdkollektor

• durch wasserführende Bauteile

wie Bodenplatte, Schlitzwände,

Pfähle

=> Kombination mit Heizsystem möglich

• Deckenheizung

• Wärmepumpe

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Doppel-U-Sonden

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Quelle: Kaltschmitt/Wiese

Erneuerbare Energien

Springer Verlag 2.Auflage 1997


Thermische Nutzung des Untergrundes

Genehmigungsverfahren:

Bergbaugesetz: Erdwärme ist bergfreien Bodenschätzen

gleichgestellt

Wasserhaushaltsges: :Es gelten die Länderbestimmungen;

Genehmigungsverfahren

grundsätzlich bei Grundwasserentnahme

Bei Beinträchtigung (Grundwasserfluss; Umgebung)

Immer:

der zuständigen Wasserrechtsbehörde anzeigen

Sonden; Kollektoren: Wasserwirtschaftliche Anforderungen prüfen

(Grundwasser,

bei Wärmepumpen Sole-Art)

Weiter Hinweise:

VDI 4640 Entwurf Blatt 1+2; Thermische Nutzung des Untergrundes;

Thermische Nutzung des Untergrundes erdgekoppelter

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t = 1,20 - 1,50 m

t

ca. 10 - 35 W/m²

Wärmeentzug

d

d = 0,50 - 1,00 m

BYPASS

WP

Erdkollektoren als Wärmequelle für Wärmepumpenanlagen,

schematisch

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Erdwärmetauscher zur

Luft-Konditionierung:

EWT

RLT

1: Rohrregister

unterhalb der

Bodenplatte;

1

2

2: Rohrverlegung um

das Gebäude

angeordnet;

3

3:Luftführung durch

ein Betonlabyrinth;

4

4:Mäanderförmige

Verlegung unterhalb

der Bodenplatte;

5

5 wie 4, aber

außerhalb des

Gebäudes

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