Wilhelm Wall
Wärmeeinsparung durch elektronische Heizkörperthermostate in Wohnungen
Energie und Nachhaltigkeit, Band 29
Vergleich einer konventionellen Berechnung mit einer Clusteranalyse
2017, 184 S., 21 cm, Softcover
LIT Verlag

 

 

Mieterhaushalte stellen einen Anteil von ca. 52 Prozent aller deutschen Haushalte dar. Ihnen stehen geringere Möglichkeiten im Hinblick auf die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen zur Verfügung, als sie Eigentümer in von ihnen selbst bewohnten Wohnungen haben. Elektronisch programmierbare Heizkörperthermostate (HKT) stellen an dieser Stelle eine vielversprechende und bisher in diesem Umfang nicht untersuchte Option zur wärmebezogenen Energieeinsparung in Haushalten dar. Das Ziel der Arbeit umfasst in zwei Handlungspfaden die Ermittlung der Einsparpotenziale des Einsatzes elektronischer HKT sowie die Überprüfung der Eignung der Clusteranalyse zur Potenzialabschätzung von Energiesystemen. Die manuelle Berechnung der theoretischen Einsparpotenziale an zur Beheizung aufgewendeter Endenergie und die daraus resultierenden CO2-Emissionen in Mietwohnungen bilden den ersten Handlungspfad. Die Bestimmung des Potenzials erfolgt stadt- und haushaltsspezifisch. Der zweite Handlungspfad umfasst die Anwendung der Clusteranalyse. Diese ist ein statistisches Verfahren und erlaubt es, aus der betrachteten Menge von 645 deutschen Städten, mathematisch identische Cluster zu identifizieren. Für jedes Cluster wird mit mathematischen Distanzen eine Stadt bestimmt, die als Repräsentant für die Städte des Clusters gilt. Mit den Repräsentanten werden die Potenziale auf die ermittelten Cluster hochskaliert. Schließlich werden die Hochrechnungsergebnisse den Ergebnissen der manuellen Potenzialberechnung gegenübergestellt. Die manuelle stadtspezifische Berechnung ergibt, unter den getroffenen Annahmen ein durchschnittliches theoretisches Einsparpotenzial von 9,92 Prozent je Mietwohnung, was einer jährlichen Einsparung von 924 kWh entspricht.

Bernadetta Winiewska, Bert Oschatz
Verfahren zur energetischen Bewertung von Sorptions-Gaswärmepumpen
Bauforschung für die Praxis, Band 112
2015, 131 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden nach einer umfangreichen Literatur- und Marktanalyse die Prüfstandsmessungen von Gaswärmepumpen (GWP) ausgewertet und ein Simulationsmodell zur Beschreibung des Verhaltens von GWP bei unterschiedlichen Betriebszuständen innerhalb des numerischen Simulationsprogramms TRNSYS-TUD erstellt. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der durchgeführten Simulationsrechnungen und der im Rahmen der Bearbeitung des Forschungsvorhabens gewonnen Erkenntnisse zur Betriebsweise von Sorptions-GWP wurde ein Berechnungsansatz zur normativen Bewertung der Sorptions-GWP abgeleitet. Dabei wurde darauf geachtet, dass der Detaillierungsgrad analog zur Bewertung anderer Technologien ist, die als wesentlich erkannte energetische Einflussfaktoren berücksichtigt werden und bei denen eine ausreichende Übereinstimmung mit realen Energieverbräuchen vorhanden ist. Anschließend wurde ein Bewertungsvorschlag für die nationale Normung (Fortschreibung der DIN V 18599) aufbereitet.

Ingolf Tiator, Maik Schenker
Wärmepumpen - Wärmepumpenanlagen
Mit Zugangscode im Buch zum Onlineservice Info-Click
2., überarb. Aufl.
2014, 246 S., m. zahlr. Abb. 24,5 cm, Softcover
Vogel Communications Group

 

 

Wärmepumpen und Wärmepumpenanlagen senken Heizkosten pauschal um ca. 75 Prozent auf nur noch ca. 25 Prozent gegenüber konventionellen Heizungen, die rein öl- oder gasgetrieben arbeiten. Sie nutzen ca. 75 Prozent Umweltenergie, die kostenfrei zur Verfügung steht. Generell betrachtet heißt das, dass zurzeit keine bessere Möglichkeit zur Gebäudeheizung existiert, wenn man vor allem Betriebskosten und Umweltschutz in den Vordergrund stellt. Die Technologie mit ihren korrelierenden Parametern wird in dm Band grundlegend so beschrieben, dass sowohl Architekten, Bauherren, Ingenieure, als auch Auszubildende oder Techniker die Einsatzmöglichkeiten beurteilen können. Die technischen Zusammenhänge sind für alle praxisnah erklärt, Beispielrechnungen klar nachvollziehbar und angenommene Berechnungswerte mit entsprechenden Quellenangaben versehen. Der kostenlose Onlineservice "Info-Click" bietet über www.vogel-buchverlag.de nach Codeeingabe zusätzliche Informationen und Aktualisierungen zum Buch. Je nach Interesse und Wissensstand hat der Nutzer die Möglichkeit, mit der intelligenten Vernetzung von Thema und lnfo-Click, sich genau das Wissen anzueignen, das er benötigt bzw. das er anwenden will.

Marek Miara, u. a.
Wärmepumpen
BINE-Fachbuch
Heizen - Kühlen - Umweltenergie nutzen
2013, 166 S., 98 farb. Abb., Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Heizanlagen mit Wärmepumpen nutzen Umgebungswärme oder Abwärme für die Wärmeversorgung von Gebäuden. Sorgfältig ausgelegte Anlagen können sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch gegenüber anderen Heizsystemen gut bestehen. Höhere Anschaffungskosten werden durch niedrigere Energie- und Betriebskosten ausgeglichen. Das BINE-Fachbuch setzt den Schwerpunkt bei der Anlagentechnik und den Monitoringerfahrungen. Es richtet sich an Planer, Handwerker, Architekten und Bauherren im privaten Wohnungsbau. Schwerpunkte; - verschiedene Systeme und Kältemittel; - Ergebnisse internationaler Monitoringprojekte; - Zusammenwirken mit erneuerbaren Energien.

Andreas Hauer, Stefan Hiebler, Manfred Reuß
Wärmespeicher
BINE-Fachbuch
5., vollst. überarb. Aufl.
2013, 151 S., 116 farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Wärmespeicher ermöglichen es, das Wärmeangebot im Zeitverlauf und in der Leistung dem Bedarf anzupassen. Erst durch effiziente Wärmespeicher lassen sich Abwärme oder solare Wärme wirtschaftlich nutzen. Der Band stellt die verschiedenen Speichertechnologien vor und bietet Planern, Beratern und der Immobilienwirtschaft einen Überblick über unterschiedliche Speichermedien, -größen und -typen, Langzeit- und Hochtemperaturspeicher und die Wirtschaftlichkeit. Schwerpunkte: Zahlreiche Praxisbeispiele; Moderne Latentspeicher; Speichermanagement.

Georg Form, Marten F. Brunk, Christoph van Treeck
Regelstrategien zum wirtschaftlichen Einsatz von Wärmepumpen im bivalenten Betrieb. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2968
2016, 148 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Gebäude in Deutschland verursachen einen nennenswerten Anteil am Gesamtprimärenergieverbrauch von ca. 40 Prozent der BRD. Um die geplanten CO2 Einsparungen zu erreichen, ist eine Bedarfsreduzierungen der Gebäude erforderlich. Neben der Optimierung von Gebäudehüllen, kann der Einsatz primärenergiesparender Erzeugungssysteme zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs beitragen. Wärmepumpen stellen eine Möglichkeit dar, den Primärenergieverbrauch durch Einsatz regenerativer Erdwärme zu reduzieren, jedoch ist die Reduktion des relevanten CO2-Ausstoßes und die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe stark von der Jahresarbeitszahl abhängig, welche im Wesentlichen durch die Systemtemperaturen und die Wärmequellentemperaturen bestimmt ist. Beide Temperaturen schwanken jahreszeitlich auf Grund unterschiedlicher Einflüsse (z.B. Außentemperatur und Sonnenstrahlung) und Nutzergewohnheiten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde eine neuartige Regelstrategien für große Erzeugungsanlagen entwickelt und simulatorisch ausgewertet, welche den bivalenten Einsatz einer Wärmepumpe dahingehend optimiert, dass Zeiträume unwirtschaftlicheren Betriebs (geringe Leistungszahl) automatisch erkannt werden, um auf einen ökonomisch oder ökologisch günstigeren Erzeuger umzustellen und so im Jahresverlauf günstigere Gesamt-Arbeitszahlen zu erreichen. Mittels validiertem Simulationsmodell wurde ein realer Lastgang hinsichtlich der Wirkung des veränderten Regelungsansatzes untersucht. In einer Parametervariation konnten die Einflüsse wesentlicher Parameter auf die Ergebnisse beurteilt und Anwendungsgrenzen definiert werden. Die aus einer Realanlage abgeleiteten Rahmenbedingungen führen bei unterschiedlicher Parametrierung von Systemtemperaturen, Wärmequelle und Wärmepumpenkennlinien zu 5 Prozent bis 8 Prozent Einsparung durch eine ökonomische Optimierung. Durch unterschiedliche Energiepreisszenarien können zwischen 0,5 Prozent und 14 Prozent eingespart werden. Die CO2 Emissionseinsparungen fielen in allen Parametervariationen sehr gering aus.

Bernadetta Winiewska, Bert Oschatz
Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Sorptions-Gaswärmepumpen innerhalb der Systemnormung. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2930
2014, 133 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel der Forschungsarbeit bestand in der Erarbeitung eines qualifizierten Verfahrens für die energetische Bewertung von Gaswärmepumpen innerhalb der Systemnormung, um einen sachgerechten Vergleich mit anderen Technologien zu ermöglichen und gleichzeitig die Voraussetzung für die Planung eines energieeffizienten Wärmepumpeneinsatzes zu schaffen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden nach einer umfangreichen Literatur- und Marktanalyse die Prüfstandsmessungen von Gaswärmepumpen (GWP) ausgewertet und ein Simulationsmodell zur Beschreibung des Verhaltens von GWP bei unterschiedlichen Betriebszuständen innerhalb des numerischen Simulationsprogramms TRNSYS-TUD erstellt. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der durchgeführten Simulationsrechnungen und der im Rahmen der Bearbeitung des Forschungsvorhabens gewonnen Erkenntnisse zur Betriebsweise von Sorptions-GWP wurde ein Berechnungsansatz zur normativen Bewertung der Sorptions-GWP abgeleitet. Dabei wurde darauf geachtet, dass der Detaillierungsgrad analog zur Bewertung anderer Technologien ist, die als wesentlich erkannten energetischen Einflussfaktoren berücksichtigt werden und eine ausreichende Übereinstimmung mit realen Energieverbräuchen vorhanden ist. Anschließend wurde ein Bewertungsvorschlag für die nationale Normung (Fortschreibung der DIN V 18599) aufbereitet. Der erarbeitete Berechnungsansatz basiert auf den thermischen Nutzungsgraden für Raumheizung und Warmwasserbereitung nach VDI 4650 Blatt 2 sowie auf der mittleren elektrischen Leistungsaufnahme im Betrieb und im Stillstand der GWP. Aufgrund von zum Teil unterschiedlichen Betriebscharakteristika wurden für die Adsorptions- und Absorptions-Gaswärmepumpen unterschiedliche Ansätze für die Bestimmung des Nutzungsgrades im Betrieb in Abhängigkeit von der Belastung der GWP gewählt. Der Nutzungsgrad im Betrieb wird auf die Auslegungstemperatur und den Belastungsgrad der Sorptions-GWP korrigiert, dieser wird in Abhängigkeit von der monatlichen rechnerischen Laufzeit der Heizung und der Nennleistung der GW

Christoph Kempkes, Katrin Schalk, Clemens Felsmann, Bert Oschatz, Michael Günther
Energetische Bewertung thermisch aktivierter Bauteile
Dynamisch thermische Simulation, messtechnische, vereinfachte Simulation
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2739
2009, 133 S., 69 Abb., 25 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Vorhabens war die energetische Bewertung thermisch aktivierter Bauteile (TABS). Es sollten vereinfachte Bewertungsansätze für die Normenreihe DIN V 18599 erarbeitet werden. Der Untersuchungsschwerpunkt lag dabei auf der Ermittlung und Bewertung der energetischen Mehraufwendungen der Wärme- bzw. Kälteübergabe im Raum. Die vorliegenden Untersuchungen wurden parallel mit zwei verschiedenen thermisch/energetischen Simulationstools (IDA-ICE und TRNSYS) durchgeführt. Ausgehend von einem Referenzfall wurden zahlreiche Varianten untersucht. Im Heizfall wurden die Übergabeverluste nach dem üblichen Verfahren ermittelt: Der Bedarf unter Einsatz der TABS, ohne die Temperatur des Soll-Wertes zu unterschreiten, bezogen auf den Bedarf eines idealen Systems ergibt die Aufwandszahl. Basierend auf den Ergebnissen der vorliegenden Untersuchungen wurde bereits ein Ergänzungsvorschlag für den Teil 5 der DIN V 18599 in den neuen Teil 100 eingebracht. Dieser beinhaltet zwei Gesamtnutzungsgrade, welche sich hinsichtlich der Vorlauftemperatur unterscheiden: Konstante Vorlauftemperatur (eta h,ce = 0,70) und zentral geregelte Vorlauftemperatur (eta h,ce = 0,73). Für den Kühlfall wurden parallel zwei unterschiedliche Vorgehensweisen untersucht: - Gefordert ist, analog zur Vorgehensweise im Heizfall, dass die Raumtemperatur im TAB-Betrieb niemals den Grenzwert der Komfortkategorie 11 (26 Grad, Sollwert des idealen Systems) überschreiten darf. Auf diese Weise erreicht das TABS sehr geringe Nutzungsgrade zum Teil kleiner als 0,50. Es ist eine ausgeprägte Abhängigkeit des Nutzungsgrades vom Nutzkältebedarf vorhanden. Mit steigendem Bedarf steigt der Nutzungsgrad. - Bei der Zielwertbetrachtung liegen die Raumtemperaturen des TABS ebenfalls unterhalb 26 Grad, das ideale System hingegen hält den Zielwert aller Komfortklassen (24,5 Grad) ein. Im Ergebnis ist die Komfortanforderung deutlich entscheidender. Je höher der gewünschte Komfort, umso geringer ist der Nutzungsgrad. Bei geringen Komfortanforderungen kann dieser größer eins werden.

Wolfgang Richter, Ralf Gritzki, I. Müller
Optimale Heizkörper-Anordnung in Räumen von Gebäuden mit höherem Wärmeschutzniveau (Neubau und Sanierung). Abschlussbericht
Bau- und Wohnforschung, Band F 2480
2006, 200 S., zahlr. Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit zunehmendem Wärmeschutz (Neubau und Sanierung) steigen die inneren Oberflächentemperaturen der Außenwände und Fenster, so dass sich - zumindest theoretisch - völlig neue Freiheitsgrade bei der Anordnung der Heizkörper im Raum eröffnen. Insbesondere Architekten begrüßen und realisieren zunehmend diese erweiterte Entwurfsmöglichkeit. Andererseits wird aus Gründen der Energieeinsparung (DIN 4701-10) und thermischen Behaglichkeit (VDI 6030) die innen liegende Heizkörper-Anordnung als Fehlentwicklung kritisiert. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die Konsequenzen der Heizkörper-Anordnung auf die thermische Behaglichkeit bei Berücksichtigung verschiedenster Einflussgrößen mittels gekoppelter Simulationsverfahren untersucht und quantitativ bewertet. Im Ergebnis zeigt sich, dass bei NEH usw. grundsätzlich der Heizkörper an beliebigen Wänden der Räume angeordnet werden kann. Strahlungsasymmetrie und kalte Fallströmungen im Fensterbereich sind unter diesen Bedingungen als nicht gravierend einzuschätzen. Diese Aussage entspricht allerdings einer nur einseitigen Betrachtungsweise. Probleme ergeben sich insbesondere bei Abluftanlagen mit Außendurchlass (ALD) im Fensterbereich, da hier die kalte Außenluft nicht mehr unmittelbar angewärmt werden kann und somit ein Zugluftrisiko zu erwarten ist. Die Beherrschung des Zugluftrisikos bildet damit die entscheidende Herausforderung zur Sicherung eines guten thermischen Komforts in NEH. Geht man davon aus, dass in zunehmendem Maße (Wohnung-)Lüftungsanlagen - überwiegend in Form von Abluftanlagen mit ALD oder vergleichbarer Fensterrahmenkonstruktion - installiert werden, so sind auch zu einem späteren Zeitpunkt entsprechende Nachinstallationen derartiger Lüftungskomponenten zu erwarten. Folgerichtig wird also unter Berücksichtigung von Nachrüstungen grundsätzlich die Anordnung von Heizkörpern an der Außenwand empfohlen.

Christoph Meyer
Optimierung der Anordnung von Heizflächen und Lüftungselementen
Bau- und Wohnforschung
1999, 114 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zielsetzung des Vorhabens war die Ermittlung optimaler Kombinationen von Wärmeübergabe- und Lüftungskomponenten in Wohnräumen mit unterschiedlichem Wärmedämmstandard. Als wichtigstes Kriterium sollte dabei die Erhaltung eines thermisch behaglichen Raumklimas gewährleistet sein. Es existierte kein allgemein zugängliches bzw. anwendbares Rechenwerkzeug zur detaillierten und umfassenden Bewertung thermischer Behaglichkeit. Deshalb wurde ein auf einem marktgängigen Programm zur Strömungssimulation basierendes Werkzeug entwickelt, mit dem das in einem Raum herrschende Klima und das daraus resultierende Behaglichkeitsempfinden in diesem Raum errechnet und umfassend bewertet werden kann. Die entwickelte Methodik liefert nahezu fehlerfreie Ergebnisse innerhalb von Rechenzeiten, die im Rahmen praktischer Anwendungen durchaus akzeptabel scheinen. Außer der Lufttemperatur und -geschwindigkeit lassen sich somit die Strahlungstemperatur, die operative Temperatur, die PMV- und PPD-Indizes und die Strahlungstemperatur-Asymmetrie für jede beliebige Stelle im untersuchten bzw. simulierten Raum ermitteln. Damit wird eine Bewertung des Raumklimas in Übereinstimmung mit DIN 1946 T2 und mit ISO 7730 ermöglicht. Mit der Methodik sind 18 Varianten eines Raumes hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit überprüft worden.