„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung · 2 1. Grundlagen 2. Ergebnisse...

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung

Dr.-Ing. habil. J. Seifert

Berlin, den 01.07.2014

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1. Grundlagen

2. Ergebnisse aus aktuellen Studien

3. Normungstätigkeit EN / ISO

4. Fazit

Inhalt des Vortrages

Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

1. Grundlagen

3 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Warum heizt bzw. kühlt man Gebäude?

4 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Thermische Behaglichkeit: Definition: Ist als der Zustand definiert, bei dem der Körper die geringsten thermoregulatorischen Auf- wendungen vornehmen muss, um eine konstante Körperkerntemperatur aufrecht zu erhalten .

lebensnotwendige Wärmeabgabe muss unspürbar und anstrebungslos

erfolgen

- globale thermische Behaglichkeitskriterien – PMV / PPD Index - lokale thermische Behaglichkeitskriterien - Zugluftrisiko, max.

Oberflächentemperaturen, Strahlungsasymmetrie , Lufttemperaturgradient

Einflussfaktoren auf die thermische Behaglichkeit

5 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Um die thermische Behaglichkeit im Raum zu sicheren, müssen globale und lokale Kriterien erfüllt sein.

Vereinfachtes Verfahren - Operative Raumtemperatur (Empfindungstemperatur)

ϑop = a ϑL + (1-a) ϑS

Beispiel: HK: a=0,5; ϑL=23°C; ϑS=19°C --- ϑop=21°C

FBH: a=0,5; ϑL=20°C; ϑS=24°C --- ϑop=22°C

6 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Gebäude-/ Raumtyp

Kategorie

Operative Temperatur in °C

Maximale mittlere Luftgeschwindigkeit in m/s

Sommer Winter Sommer Winter

Büro o. ä.

A 24,5 1,0 22,0 1,0 0,12 0,10

B 24,5 1,5

22,0 2,0

0,19

0,16

C 24,5 2,5

22,0 3,0

0,24 0,21

Angaben nach DIN ISO 7730:

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2. Ergebnisse aktueller Forschungsarbeiten

Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Gebäude: WSVO82 / 95 / EnEV04 Innere Randbedingungen: zeitabhängige Gewinne zeitabhängiger Luftwechsel Äußere Randbedingungen: Wetter TRY-04 (Potsdam) Systeme Nasssystem / System mit geringer Überdeckung

statistisches Einfamilienhaus (mittlere deutsche Verhältnisse, AN=160m²)

Repräsentatives Einfamilienhaus

8 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Wärmeschutzniveau

Vorlauftemperatur in °C

System mit geringer Überdeckung Nasssystem

DIN EN 1264 (Typ A) EnEV 04 30,9 36,3

WSVO95 34,2 43,1

WSVO82 38,6 51,3

Auslegungsvorlauftemperaturen für unterschiedliche Gebäudetypen

Auslegung:

Auswertung:

Wärmeübergabe

Wärmeverteilung

Wärmeerzeugung

9 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Systemvergleich bei unterschiedlichen Gebäudetypen

WSVO82

WF

in kWh

∆WF

in %

QF

in kWh

∆QF

in %

QRL,u

in kWh

QRaum QRL,b

in kWh

QHF

in kWh Durchgängiger Betrieb

Nasssystem 8542 - 21150 - 120 1542 18581 System mit geringer ÜD

7972 7,2 20706 2,2 100 1302 18559

Intermittierender Betrieb – feste Anheizzeit Nasssystem 8013 - 20733 - 111 1257 18805 System mit geringer ÜD

7547 6,2 20126 3,0 95 1075 18499

Intermittierender Betrieb – optimiertes Anheizen Nasssystem 8279 - 20838- - 113 1329 18732 System mit geringer ÜD

7647 8,3 20200 3,2 95 1108 18470

Energetische Kenndaten für die betrachteten Systeme (WSVO82)

10 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sum

men

häuf

igkeit

in %

Abweichung vom Sollwert in K

Nasssystem System mit geringer Überdeckung

Abweichung vom Sollwert der operativen Raumtemperatur während der Nutzungszeit für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / WSVO82; „Basisprofil“)

11 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2416

18

20

22

24

26

Oper

ative

Raum

tem

pera

tur i

n °C

Zeit in h

Nutzungszeit (Sollwert) Nasssystem System mit geringer Überdeckung

Tagesverlauf der operativen Raumtemperatur für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / WSVO82; repräsentativer Wintertag - 1. Januar; „Basisprofil“)

12 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

WF

in kWh

∆WF

in %

QF

in kWh

∆QF

in %

QRL,u

in kWh

QRaum QRL,b

in kWh

QHF

in kWh Durchgängiger Betrieb

Nasssystem 2806 - 6926 - 88 748 5859 System mit geringer ÜD

2724 3,0 6789 2,0 89 761 5767

Intermittierender Betrieb – feste Anheizzeit Nasssystem 2731 - 6844 - 81 636 5937 System mit geringer ÜD

2602 5,0 6675 2,5 82 607 5841

Intermittierender Betrieb – optimiertes Anheizen Nasssystem 2700 - 6713 - 78 612 5820 System mit geringer ÜD

2578 4,7 6585 1,9 82 614 5729

EnEV04

Energetische Kenndaten für die betrachteten Systeme (EnEV04)

13 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sum

men

häuf

igkeit

in %

Abweichung vom Sollwert in K

Nasssystem System mit geringer Überdeckung

Abweichung vom Sollwert der operativen Raumtemperatur während der Nutzungszeit für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / EnEV04; „Basisprofil“)

14 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2416

18

20

22

24

26

Oper

ative

Raum

tem

pera

tur i

n °C

Zeit in h

Nutzungszeit (Sollwert) Nasssystem System mit geringer Überdeckung

Tagesverlauf der operativen Raumtemperatur für die betrachteten Fußbodenheizungssysteme (Intermittierender Betrieb / Zone 1 / EnEV04; repräsentativer Wintertag - 1. Januar; „Basisprofil“)

15 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Sommerlicher Kühlfall

Strahlungs - Kühldecke

Oberflächentemp. Max. Strahlungsasymmetrie Zugluftrisiko

Konvektions – Kühldecke (Außenjalousie; mittelschwere Bauweise; 30 % Fensterflächenanteil)

- Vergleich von Kühldeckensystemen (100 % Deckenbelegung)-

Quelle: Richter2007

16 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Strahlungs – Kühldecke mit 100 % Deckenbelegung

vert. Lufttemp.-Differenz Max. Strahlungsasymmetrie Zugluftrisiko

Kühlfußboden (Außenjalousie; mittelschwere Bauweise; 30 % Fensterflächenanteil)

- Vergleich von Kühldecke und Kühlfußboden -

Quelle: Richter2007

3. Normungstätigkeit EN / ISO-Ebene

17 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Aktueller Stand – EN Normung:

DIN V 18599 sowie aktuelle EN 15316-2.1 haben Berechnungsverfahren die auf Teilnutzungsgraden beruhen

))(4(1

BCLceh, ηηη

η++−

=

- Lufttemperaturgradient (ηL) - Regelungstechnik (ηC) - Verluste an angrenzende Bauteile (ηB)

Nachteil:

keine Kopplung zur thermischen Behaglichkeit / keine Berücksichtigung von Produktkennwerten

18 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Mandat 480 – Struktur der EN 15316 - Reihe

EN 15316-1 Heating and dhw - General + energy perfor. expression

EN 15316-2 Heating + cooling -

Emission

EN 15316-3 Heating, cooling +

dhw system - Distribution

EN 15316-4 EN 15316-5 Heating and dhw system - Storage

EN 15316-4-1 Heating + dhw - Combustion sys.

EN 15316-4-2 Heating -

Heat pump

EN 15316-4-3 Thermal solar and

PV systems

EN 15316-4-4 Heating - Building int. Cogenerations

EN 15316-4-5 District heating

and cooling

EN 15316-4-8 Heating - air

heaters and stoves

19 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

prEN 15316 –Heating and Cooling Emission:

roomouthydimradembctrstriniinc θθθθθθθθθ ∆+∆+∆+∆+∆+∆+∆+= int,int,

Übergang zu einem temperaturbasierten Berechnungsgang:

int;incem;ls em,out

int;ini e;comb

Q Q ∆θ

= ⋅ θ −θ

e;comb e;avgθ = θ

e;comb e;avg e;solθ = θ + ∆θ

Heizfall:

Kühlfall:

residential buildings: ∆θe;sol = 8 K office buildings: ∆θe;sol = 12 K

Möglichkeit der Einbindung von

Produktkennwerten

20 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Standardwerte für die Regelung

∆θctr, 1 ∆θctr, 2

Unregulated, with central supply temperature regulation 2,5 2,5

Master room space ore one pipe heating 2 1,8

Room temperature control (electromechanical / electronic) 1,8 1,6

P-controller (before 1988) 1,4 1,4

P-controller 1,2 0,7

PI-controller 1,2 0,7

PI-controller (with optimization function, e.g. presence management, adaptive controller) 0,9 0,5

- Unterscheidung zwischen zertifizierten und nicht zertifizierten Produktkennwerten

- Reglerkennwerte sind für alle Systeme gleich

21 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Standardwerte für Flächenheizsysteme h ≤ 4m:

∆θstr ∆θemb,1 ∆θemb,2

Floor heating

- wet system

- dry system

- system with low cover

0

0

0

0,7

0,4

0,2

Wall heating 0,4 0,7

Ceiling heating 0,7 0,7

Heating systems combined with mechanical ventilation 0,0 0,0

Integrated heating surface without minimum insulation in accordance with DIN EN 1264 1,4

Integrated heating surface with minimum insulation in accordance with DIN EN 1264 0,5

Integrated heating surface with 100% better insulation than required by DIN EN 1264 0,1

- zusätzliche Aufnahme von Kombinationen mit Lüftungssystemen

22 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Standardwerte für den Kühlfall

∆θstr ∆θemb

Floor cooling system -0,7 -0,7

Wall cooling -0,4 -0,7

Ceiling cooling 0,0 -0,2

Air cooling mixing case 0,0 0,0

Air cooling displacement case -0,7 0,0

Radiators assisted with fan -0,4 -0,4

- Abbildung der Hauptsysteme da weitere Normen aus der Lüftungstechnik den Kühlfall mit abbilden (z.B. EN 13779)

23 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Aktueller Stand – ISO Normung:

- Ergänzung und Überführung der EN 1264 Normungsreihe in die

ISO 11855

- ISO 11855 - 6: Control – wird vollständig überarbeitet

- ISO 18566 - … Design, test methods, control and operation of radiant heating and cooling panel systems

5. Fazit

• Behaglichkeitskenngrößen können mit den aktuellen Normen nicht in der Praxis im Planungs- und energetischen Bewertungsprozess berücksichtigt werden da Rechengang auf Basis von Teilnutzungsgraden beruht

• Entwicklung eines Berechnungsverfahrens auf Basis von Temperaturdifferenzen – erstmalig direkte Verknüpfung zur thermischen Behaglichkeit über die Operative Temperatur

• Wesentlicher Vorteil des neuen Berechnungsverfahrens ist die Öffnung für produktspezifische Kennwerte

4. Fazit

24 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Konsequenz: Produktnormung muss diese Kennwerte zur Verfügung stellen

25 Dr.-Ing. habil. J. Seifert

„Effizienz und Behaglichkeit mit der Flächenheizung / -kühlung“

Literatur:

Thermische Behaglichkeit

Anlagenregelung