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Computational and empirical assessment of ventilation methods in buildings

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[Quelle: https://repositum.tuwien.ac.at]

Der Komfort und die Behaglichkeit von Gebäudenutzern hängen neben den innenklimatischen Bedingungen (Strahlungs- und Lufttemperatur, Luftqualität, Luftbewegung, Feuchtigkeit, etc.) unter anderem auch von den Steuerungsmöglichkeiten der Nutzer ab. In den letzten Jahren konnte beobachtet werden, dass das Ansteigen der Aussentemperatur in urbanen Bereichen nicht nur zu einem Anstieg der Innentemperaturen in innerstädtischen Gebäuden führt, sondern auch zu einer Verschlechterung der Innenluftqualität in den entsprechenden Räumlichkeiten führt. Damit verbunden kommt es zu einen signifikant höheren Einsatz von mechanischen Lüftungsanlagen und Klimageräten, um ausreichende Luftqualität und akzeptable Innentemperaturen zu gewährleisten. Nachhaltige(re) Methoden, wie beispielsweise passive Kühlung mit natürlicher Belüftung bieten zwar eine zufriedenstellende Effizienz, sind aber - aufgrund nur unsicher vorhersagbarer klimatischer Gegebenheiten und Nutzungsmuster - in Design und Betrieb nicht trivial umzusetzen. Oft verwendete konventionelle Klimatisierungssysteme sind auch bei aussenklimatischen Schwankungen in der Lage kontrollierte Innenraumbedingungen zu schaffen. Allerdings werden diese Systeme aufgrund Ihrer - zumeist aus fossilen Energieträgern gespeisten -Energieintensivität, in der Regel nicht als nachhaltig betrachtet. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass Lüftungssysteme bis zu 30% des Energiebedarfs von typischen Bürogebäuden ausmachen. Die Performance von Belüftungssystemen hängt von mehreren Faktoren wie der Effizienz des Systems, der Luftverteilung, der Platzierung der Lufteinlässe und der Auslasse, etwaiger Luftleckagen, des Betriebsablaufs, der (angestrebten) Temperatursollwerte, der zu transportierenden Luftmenge sowie einigen weiteren ab. Typischerweise eingesetzte Lüftungssysteme liefern in der Regel frische (und zumeist kühle) Luft in den Innenraum und ersetzen damit die verbrauchte Raumluft. Zumeist werden solche Systeme auf ganze Räume dimensioniert. Die erforderlichen hohen Lüftungsraten und der sich daraus ergebende hohe Energieverbrauch solcher Systeme könnte durch räumlich gezielte Konditionierung wie zum Beispiel mit einer Verdrängungslüftungsanlage erheblich reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit stellt ein "persönliches Lüftungssystem" dar, welches frische und kühle Luft in das direkte Umfeld von Nutzern liefert Solche persönlichen Lüftungssysteme ermöglichen es den Gebäudenutzern die Lüftung gemäass Ihren individuellen Vorlieben und Bedürfnissen anzupassen und zu kontrollieren. Im Rahmen dieser Dissertation wurden mit Hilfe von rechnerischen und empirischen Methoden zur Beurteilung der Funktionalität von Lüftungssystemen in Innenräumen Untersuchungen in Bezug auf Raumluftqualität und thermischen Komfort durchgeführt. Es wurden unterschiedliche innovative Lüftungskonzepte, wie Verdrängungslüftungskonzepte oder individuelle Belüftungssysteme, untersucht. Das Ziel dieser Bemühungen war es den persönlichen Komfort und die Produktivität der Nutzer unter Berücksichtigung von Umweltfaktoren und der jeweiligen Systemeffizienz zu verbessern. Die Beurteilung der untersuchten Systeme erfolgte auf Basis von Messdaten (objektive Evaluierung) und mittels Befragungen von Nutzern in Räumen mit entsprechenden Systemen (subjektive Evaluierung). Darauf aufbauend, wird der Nutzen von CFD (Computational Fluid Dynamics) Simulationen und deren Anwendung zur Leistungsbewertung von Lüftungssystemen sowie der Modellierung und Bewertung von Luftströmungen in Innenraumen untersucht. Die vorliegende Arbeit illustriert, wie der Einfluss unterschiedlicher Gestaltungsmöglichkeiten (z. B. Anzahl und Ort der Diffusoren und Luftströmungsraten in einem architektonischen Raum) mittels einer geringen Anzahl von numerischen Simulationen ermittelt werden kann. Das Ergebnis dieser Studie kann für Architekten, Bauingenieure, Bauwissenschaftler und andere Stakeholder nützlich sein, um die Energieeffizienz und den Komfort in (mechanisch) belüfteten Räumen weiter zu verbessern und entsprechende Vorhersagemodelle zu entwickeln.

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Bücher, Broschüren

Handbuch der Klimatechnik
Anwendungen
7., überarb. u. erw. Aufl.
2018, XX, 760 S., 240 mm, Hardcover
VDE-Verlag

 

 

Der Band orientiert sich bei der Darstellung der Planung, Auslegung und dem Betrieb von Klimaanlagen am Ablauf der Ingenieurtätigkeiten. Die Autoren zeigen, wie raumlufttechnische Anlagen konzipiert, erstellt und schließlich auch betrieben werden müssen, damit sie mit einem Minimum an Energie die gewünschten Ergebnisse erzielen. Die Neuauflage von Band 2 behält die Gliederung der Vorauflage im Wesentlichen bei, trägt jedoch der neuesten Entwicklung der einzelnen Fachgebiete und der fortschreitenden europäischen Normung Rechnung.

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Jens Pfafferott, Doreen Kalz, Roland Koenigsdorff
Bauteilaktivierung
Einsatz - Praxiserfahrungen - Anforderungen
2015, 228 S., zahlr. Abb. und Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Bauteilaktivierung hat sich als wirtschaftliches und ökologisches System zur Flächenheizung und -kühlung etabliert. Sie ermöglicht sowohl einen geringen Energieverbrauch als auch ein hohes Maß an thermischer Behaglichkeit. Das Fachbuch führt Ergebnisse aus langjährigen Forschungsarbeiten zusammen und leitet daraus Regeln und Anforderungen für den energieeffizienten Einsatz thermoaktiver Bauteilsysteme ab. Es werden Betriebsauswertungen und Praxiserfahrungen vorgestellt und Strategien zur optimalen Auslegung, Betriebsführung und Regelung der Systeme aufgezeigt.

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Hans-Martin Henning, Thorsten Urbaneck, Alexander Morgenstern, Tomas Núnez, Edo Wiemken, Egbert Thümmler, Ulf Uhlig
Kühlen und Klimatisieren mit Wärme
BINE-Fachbuch
2. erweiterte und vollst. überarb. Aufl.
2015, 168 S., ca. 140 farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Kältemaschinen auf Basis von Niedertemperaturwärme können Büro- und andere gewerbliche Gebäude kühlen oder klimatisieren. Sie stellen damit eine energieeffiziente Alternative zu elektrisch betriebenen Kompressionskältemaschinen dar. Das Fachbuch stellt neue Verfahren vor, die Abwärme, Überschusswärme oder Sonnenenergie nutzen. Neben den geschlossenen Systemen wie Ad- und Absorptionskältemaschinen werden auch die offenen Kühl- und Entfeuchtungsverfahren thematisiert. Praxisbeispiele demonstrieren das Einsatzspektrum bis hin zu großen Fernkältenetzen. Schwerpunkte: Systemüberblick - Wärmequellen - Auslegung. Ergänzt um einen aktuellen Vergleich solarthermischer und solarelektrischer Systeme.

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Berndt Hörner, Manfred Casties
Handbuch der Klimatechnik
Grundlagen
6., neubearb. u. erw. Aufl.
2015, 631 S., 24,5 cm, Hardcover
VDE-Verlag

 

 

Seit mehr als 30 Jahren begleitet das Handbuch der Klimatechnik angehende wie praktizierende Fachleute zuverlässig durch das Fachgebiet. Das zweibändige Werk bietet mit klaren Erläuterungen, anschaulichen Beispielen sowie zahlreichen Tabellen und Grafiken einen praxisgerechten Überblick über die gesamte Klimatechnik. Mit der Neuauflage des ersten Bandes wurde ein weiteres Mal der rasanten technischen Entwicklung Rechnung getragen, ebenso wurden neue und veränderte Normen eingearbeitet. Der Grundlagenband eignet sich sehr gut für Studierende, die sich mit seiner Hilfe in das Gebiet der Klimatechnik einarbeiten können. Er behandelt ausführlich die meteorologischen, physiologischen, physikalischen und technischen Grundlagen und Gesetze, die Raumklima und Wärmeempfinden beeinflussen, und ihre Anwendung und Umsetzung in der Klimatechnik. Der Planungsablauf und der Weg zu optimalen klimatischen und regelungsgerechten Lösungen sind anhand von verallgemeinerungsfähigen Beispielen erläutert. Im Zusammenhang des gesamten Handbuchs stellt der Band zudem für den Praktiker und Planer ein übersichtliches Nachschlagewerk zu allen Grundfragen der Klimatechnik dar.

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Philipp Münzel
Simulative Potentialanalyse zur Bewertung der Kältetechnik und der Abwärmenutzung in einem Industriebetrieb
Produktion und Energie, UPP Umweltgerechte Produkte und Prozesse, Band 10
2015, LVII, 196 S., 21 cm, Softcover
kassel university press

 

 

Das Ziel der Arbeit ist es, eine Vorgehensweise für die Untersuchung und Bewertung der Auswirkungen von Energieeffizienzprojekten auf eine Prozesskette zur Herstellung eines Sitzgestells für Personenkraftwagen (PKW) zu entwickeln. Die Prozesskette umfasst dabei die Fertigungsschritte: 1. Umformen (Pressen), 2. Fügen (2.1 Metall Aktivgas- und 2.2 Laserstrahlschweißen), 3. Kathodisches Tauchlackieren (KTL), 4. Endmontage sowie teilweise haustechnische Anlagen, die als Zentralanlagen ausgeführt sind (z. B. Kältetechnik). Beim betrachteten Unternehmen handelt es sich um eine weltweit tätige Firma aus der Branche der Automobilzulieferindustrie. Die Bewertung der Energieeffizienzprojekte erfolgt durch den Vergleich verschiedener Simulationsdurchgänge. Ergebnis und Vergleichsgrundlage der Simulation ist dabei die jeweilige Energiekennlinie der Prozesse im zeitlichen Verlauf. Neben der elektrischen Energie soll in den Bereichen der kathodischen Tauchlackierung sowie des Blockheizkraftwerkes (BHKW) auch die chemische Energie (Erdgas) sowie bei den Schweißanlagen die zentrale Kühlung mit betrachtet und simulativ abgebildet werden.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Nadine Lefort
Theoretische Untersuchung und Entwurf eines Teststandes zur Optimierung von Luftkühlern durch adiabate Kühlung
Wissenschaft, Band 40
2014, 107 S., zahlr. Abb. und Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Effekt der Verdunstungskühlung auf die Energiebilanz und die Wirtschaftlichkeit eines Luftkühlers untersucht. Die so genannte adiabate Kühlung wird durch das Versprühen von Wasser in der Luft erzielt, bevor diese zur Kühlung eines Prozessmediums in den Wärmetauscher eintritt. Die energetische Analyse auf Basis von Klimadaten hat ergeben, dass in Deutschland aktuell 4 Prozent des elektrischen Energiebedarfs eines Luftkühlers durch adiabate Kühlung eingespart werden können. Der Klimawandel und wärmere Temperaturen begünstigen den Einsatz der Verdunstungskühlung, wodurch die Energieeinsparung bis zum Jahr 2035 auf 6 Prozent steigen kann. Umweltauswirkungen, wie der Primärenergiebedarf und Treibhausgasemissionen, werden so reduziert. Der Wasserbedarf für die Besprühung ist bei aktuellen sowie bei zu-künftigen klimatischen Bedingungen mit ca. 11 cbm/a bzw. 18 cbm/a verhältnismäßig gering. Die Wirtschaftlichkeit des Luftkühlers mit adiabater Kühlung ist positiv. Die jährlichen Stromkosteneinsparungen, welche aktuell rund 23.500 EUR und zukünftig rund 37.000 EUR betragen, werden durch die zusätzlichen Investitions- und Betriebskosten für das Besprühsystem lediglich um 1,6 Prozent gemindert. Auf Basis der technischen Grundlagen wurde ein Konzept für einen Teststand abgeleitet. Die anschließenden Vorversuche an einer bestehenden Pilotanlage wurden bei ungünstigen Witterungsverhältnissen durchgeführt, wodurch der Effekt der Verdunstungskühlung auf die Kühlleistung marginal war. Abschließend wurden Empfehlungen zur Optimierung des Teststandes abgeleitet, bei denen die ideale Verdunstung der Wassertropfen das primäre Ziel darstellte.

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Heiko Schiller, Ronny Mai
Berechnungs-Algorithmen für Freie und Regenerative Kühltechnologien in Nichtwohngebäuden. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2859
2013, 100 S., 53 Abb. u. 20 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit der Energieeinsparverordnung 2007 wird die Kühlung von Nichtwohngebäuden erstmalig in Deutschland Gegenstand der Energiebedarfsbilanzierung im Rahmen eines öffentlich-rechtlichen Nachweisverfahrens. Das entsprechende Berechnungsverfahren für den Kühlenergiebedarf liefert die durch die EnEV 2007 in Bezug genommene DIN V 18599 insbesondere in den Teilen 2, 3 und 7. Dieses Forschungsvorhaben bietet die Basis für eine Erweiterung dieser Berechnungsmethodik im Hinblick auf energieeffiziente Technologien und die Nutzung regenerativer Energiequellen. Dabei werden für diese Technologien Kennwerte und Berechnungsalgorithmen entwickelt, um das bestehende Kennwertverfahren der Bedarfsbilanzierung nach DIN V 18599 zu erweitern. Im Mittelpunkt des Forschungsprojektes steht dabei die Untersuchung von Systemen zur Nutzung erneuerbarer Energien und zur Freien Kühlung und die Bewertung der mit der Anwendung verbundenen Energiebedarfsreduzierung. Im Ergebnis liegen Untersuchungsergebnisse zur Erhöhung der Abbildungsgenauigkeit der Freien Kühlung mit verstärkter Fensterlüftung bzw. natürlicher Sommernachtlüftung im augenblicklichen Monatsbilanzverfahren vor. Darüber hinaus wurden die anlagentechnisch nutzbaren Möglichkeiten zur Freien Kühlung durch die Nutzung von Rückkühlwerken und Freikühlregistern hinsichtlich ihres Beitrages zur Energiebedarfsreduzierung bewertet und Kennwerte für das normative Bilanzverfahren ermittelt. Gleiches gilt für weitere alternative Kühlmethoden wie die indirekte (abluftseitige) Verdunstungskühlung, die sorptive Entfeuchtung mit DEC-Technik, die Nutzung von geothermischen Energiequellen (z. B. Grundwasser, Erdwärme) und neuartige Regelstrategien konventioneller Kälteerzeuger (z. B. Inverterregelung). Auch für diese Technologien wurden Energiekennwerte ermittelt und die Abbildung im normativen Kennwertverfahren beschrieben. Daneben wurden Bewertungsfaktoren für die Kältespeicherung und für Mehrerzeugeranlagen eingeführt und ein Berechnungsalgorithmus für einen energetischen Teilkennwert der Kältete

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Weinhold, Katja
Nachfrage steigt, Angebote sind vielseitig. Kühlen mit Wärmepumpen
Moderne Gebäudetechnik, 2020

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Stöckel, Christian; Thomas, Christiane; Hesse, Ullrich
Steuerbare Ventile für Kältemittelverdichter
KI Kälte Luft Klimatechnik, 2020

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Lützel, Patrick
Gebäudeautomation effektiv umsetzen und Kosten sparen. Klima- und Lüftungstechnik automatisieren
Moderne Gebäudetechnik, 2020

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Findeisen, Lea; Röder, Tim; Lichtner, Eugen
Einsatz von gepulsten Zuluftstrahlen. Gemeinsames Forschungsvorhaben von Hermann-Rietschel-Institut und RWTH Aachen
HLH Lüftung/Klima, Heizung/Sanitär, Gebäudetechnik, 2020

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Will, Julian; Haberstroh, Christoph
Wasserstoffkontaminationen in Flüssighelium führen zum Versagen von Durchflusskryostaten - eine Analyse
KI Kälte Luft Klimatechnik, 2020

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