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Januar 2001AUSGABE 11

über vier Monate arbeitet HLK-Stuttgartnun bereits unter neuer Leitung. Bei derfestlichen Übergabe mit der Abschieds-vorlesung am 27.Oktober 2000 - mehrals 250 Kollegen, Ehemalige und Freun-de beehrten uns mit ihrer Aufmerksamkeit- wurde dieser Vorgang mit einem Bildaus dem Sport umschrieben, der Staffel-übergabe. So war die unvorhersehbare,etwas ärgerliche Ausdehnung derWechselstrecke plastischer darzustellen.

Glücklicherweise hatten die beiden Läu-fer genügend Luft und Nerven, diesewillkürliche Erschwernis der sportlichenBedingungen durchzuhalten. Um im Bildzu bleiben: Der Stababgebende läuftnun mit erhobenen Armen locker aus, derStaffelnachfolger - den Stab fest im Griff- übernimmt kraftvoll beschleunigend dasRennen. Ohne langes gemeinsames Trai-ning wäre der Wechsel nicht so erfolg-reich gelungen.

Vor 25 Jahren lernten wir uns bereitskennen, sozusagen bei einem Wettkampf.Der Jüngere als Aktiver, der Ältere alsKampfrichter - es war eine Vortrags-veranstaltung über Wärmepumpen.Später trainierten wir zusammen. Als Sport-

Liebe Freunde,

plätze nutzten wir mehrere Hermann-Rietschel-Colloquien, die Disziplinenwaren rechnerische Simulation desWetters, der Lastgänge in Gebäudenund des Verhaltens von Anlagen, undunsere Trainer waren H. Esdorn undW. Kast.Gemeinsam in einer Mannschafttraten wir nach diesem Vortraining imVDI-Fachausschuss 2067, im VDI-TGA-Beirat und schließlich im VDI-TGA-Vor-stand an. Natürlich waren wir nicht die

Einzigen in den jeweiligen Mannschaf-ten: Kollegen und junge Mitarbeitertrugen ganz wesentlich zu unseremgemeinsamen Erfolg bei.

Nachdem uns also im vergangenen Jahrvorrangig die vorstehend umschriebenenProbleme im Zusammenhang mit der„Stabübergabe“ beschäftigt haben, wol-len und müssen wir uns nun mit aller Kraftden vor uns liegenden Aufgaben zuwen-den. Dazu war es notwendig, unserebisherigen Aktivitäten in Forschung undLehre zu überdenken und Gesprächeüber notwendige Anpassungen und Ak-tualisierungen unseres Lehrangebotessowie über vermeintlich „weiße Felder“ inder Wissenslandschaft unserer Branche

zu führen. Auf dieser Basis haben wireine erste Perspektive für unsere zukünfti-gen Aktivitäten entwickelt.

Unsere Fachstudenten studieren Maschi-nenbau und spezialisieren sich für dasFach Heiz- und Klimatechnik. Diese fach-liche Einbindung wollen wir in jedem Fallerhalten. An allen universitären Ausbil-dungsstätten unseres Fachgebietes wirdseit Bestehen des Faches eine nie enden-

de Debatte über die rich-tige fachliche Einbin-dung der Heiz- und Kli-matechnik geführt. Eswurde bereits praktischjede denkbare Konstel-lation praktiziert, näm-lich die Einbindung indas Bauingenieurwesen,in die Architektur, in denMaschinenbau, in dieUmwelttechnik. Jede die-ser Varianten hat Vor-und Nachteile gezeigt.Immer waren, jeweilsunterschiedliche fachli-che Defizite insbesonde-re bei den Grundlagenfeststellbar. Im Hinblickauf die notwendigeni n g e n i e u r w i s s e n -schaftlichen Grundlagen

und das breite Spektrum der zukünftigenEinsatzfelder unserer Absolventen hat sichdie Einbindung in den Maschinenbauoder noch spezieller in die thermischeVerfahrenstechnik als die zweckmäßig-ste erwiesen. Das dabei oft beklagteDefizit hinsichtlich des Bezuges zumGebäude wollen wir durch diesbezügli-che Ergänzungen unseres Lehrangebotesbeseitigen.

Unsere Forschungsaktivitäten der letztenJahre können grob den Themenbereichen• gebäudetechnische Komponenten• Raumströmungen• Jahresenergiebedarf• rechnerische Simulation

von Gebäuden und Anlagen

2

Bei der Prüfung und Untersuchung vonrealen Komponenten im Experiment kanndurch Emulation der Aufwand deutlichverringert werden. Dabei wird das bisherim Maßstab 1:1 versuchstechnisch vor-zuhaltende Gesamtsystem in einenrealen Teil - nämlich die zu betrachtendeKomponente - und einen rechnerischenTeil - nämlich die Systemumgebung derKomponente - genannt „Emulator“ auf-geteilt. In einer Real-Time-Simulation wirddie Systemumgebung der realen Kompo-nente in ihrem gesamten dynamischenVerhalten abgebildet. Die Entwicklungund die Untersuchung der Einsatz-möglichkeiten von Emulatoren, z.B. inder Abnahme von Anlagen, wird einenweiteren Schwerpunkt unserer Arbeitenbilden.

Seit einer Reihe von Jahren beschäftigenwir uns mit der Erforschung und Verbesse-rung von Planungsprozessen in der Heiz-und Raumlufttechnik. Diese Arbeiten wer-den wir verstärkt fortführen und dabei dieintensivere Zusammenarbeit insbesonderemit Architekten suchen. Schwerpunktehierbei sind zum einen die Integration derAnlagen- und der Gebäudeplanung undzum anderen die Systematik der Planungs-prozesse.

Mit herzlichen Grüßen

Prof. Dr.-Ing. H. Bach

Prof. Dr.-Ing. M. Schmidt

zugeordnet werden. Alle diese Themen-bereiche werden wir weiterführen. Siesind entweder nicht abgeschlossen bzw.erfordern eine unter Berücksichtigung desFortschrittes nie endende Forschung.

Bei den Komponenten ist eine stetigeWeiterentwicklung der Prüfverfahren, derMesseinrichtungen, der Auslegungs-verfahren aber auch der Komponentenselbst notwendig.

Bei den Raumströmungen werden wir dieexperimentellen Arbeiten fortsetzen unddazu unser Raumströmungslabor einergründlichen Sanierung der Mess- undRegelungstechnik unterziehen. Neben denArbeiten zur Industrielüftung, die wir fort-setzen wollen, werden wir uns mit Auf-wandszahlen unterschiedlicher Luft-führungen befassen und insbesonderedie dreidimensionale rechnerische Simu-lation von Raumströmungen vorantreiben.Hierbei haben wir immer noch das „Fern-ziel“ vor Augen, den immensen experi-mentellen Aufwand zu reduzieren.

Bei unseren Untersuchungen zum Jahres-energiebedarf stehen als nächste Schrittedie hydraulischen Systeme, die Wärme-erzeuger, die Einzelheizgeräte sowie dieFlächenheiz- und -kühlsysteme an.

Die rechnerische Simulation von Gebäu-den und Anlagen ist ein „Dauerthema“.Im Zuge des technischen Fortschrittes sindimmer neue Komponenten, Prozess-führungen und Regelstrategien zu be-trachten. Desweiteren werden in der Zu-kunft infolge von Leistungssteigerungenbei den Rechnern Vereinfachungen in derModellbildung aus der Vergangenheit,wie z.B. die Konstanz von Stoffwertenu.ä. oder die Eindimensionalität vonWärmeleitungen, zumindest hinsichtlichihres Einflusses oder ihrer weiteren Zuläs-sigkeit, untersucht werden müssen.

Ein Schwerpunkt unserer Untersuchungenwerden Anlagensysteme und -kompo-nenten für die Heizung von hoch-gedämmten Gebäuden sein. Dieses be-zieht sich auf die Systeme der Nutzen-übergabe, der Verteilung und derWärmeerzeugung, auf Strategien derRegelung und der Heizkostenabrechnung,auf das dynamische Verhalten der Sys-teme sowie auf mitzubetrachtende Sys-teme der Lüftung und der Trinkwasser-erwärmung.

Das Bewertungsproblem inder Heiz- und Raumlufttechnik 3

Projekt OPTIS Optimierungvon Einrichtungen zurStofferfassung - Stoffausbreitungdurch Thermikabgeschlossen ________________ 8

INTESOL Integrale Planungsolaroptimierter Bauten“abgeschlossen ________________ 9

Dissertationen und Forschungs-berichte 1999 und 2000______ 9

Katalog technischer Maßnahmenzur Luftreinhaltung amArbeitsplatz - LufttechnischeMaßnahmen _________________ 10

Personalia ___________________ 10

Studien- und Diplomarbeiten1999 und 2000 ______________ 11

Projekt MERLAN Methode zurBerechnung des Energiebedarfsvon raumlufttechnischenAnlagen abgeschlossen _____ 12

ETA-BEMS – Entwicklung von Test-prozeduren zur Abnahmevon Building-Energy-Management-Systemen _____ 13

Erarbeitung und Realisierungeines modellhaften Sanierungs-konzepts für eine Schule inStuttgart-Plieningen (MOSES) 14

Handlungshilfen für die Praxiszur Konzipierung undBewertung der Luftführungin stoff- und wärme-belasteten Produktionshallen(LUPRO) ______________________ 15

MELISSA - Methode zur Berech-nung und Bewertung desEnergieaufwandes vonEinzelheizgeräten mit gekop-pelter Betriebssimulation vonGebäude und Anlage ________ 16

Impressum ___________________ 16

Im HLKBRIEF wird über die Aktivitäten desLehrstuhls für Heiz- und Raumlufttechnik amIKE der Universität Stuttgart (IKE LHR), derForschungsgesellschaft Heizung LüftungKlimatechnik Stuttgart mbH (FG HLK) unddes Vereins der Förderer der Forschung imBereich Heizung Lüftung KlimatechnikStuttgart e.V. berichtet.

INHALT

3

37 Jahre beschäftige ich mich nun mitder Heiz- und Raumlufttechnik. Nach-dem ich etwas ganz anderes studiertund mich die ersten Ingenieurjahre mitSchmelzanlagen, Dampfkesseln undFlugtriebwerken befasst hatte, traf ichdamals zwar auch auf wärme- undströmungstechnische Probleme, da-neben aber auf eine für mich neue,eigentümliche Irrationalität. Zum Bei-spiel fiel die Entscheidung für eineWarmwasser- oder Luftheizung mitder Wahl der ausführenden und da-mals immer auch planenden Firma:Hatte sie mehr Erfahrung im Rohr-schweißen als in der Luftkanalfertigung,war schon alles klar, es wurde höch-stens über die Auswahl der Komponen-ten diskutiert und dann meist auch nurüber das Material, etwa so, ob einemGuss oder Stahl beim Kessel oder demHeizkörper sympathischer ist.

Eine rationale Begründung, dass einbestimmter Anlagentyp am besten zueinem bestimmten Zweck passt, warallein schon deshalb noch nicht einmalgefragt, weil vom Auftraggeber derZweck der anvisierten Anlage nur sehrunscharf beschrieben wurde - erfahre-ne Ingenieure haben den Zweck selbstdefiniert und dann aus der Schubladedie dazu passende Anlage eingesetzt.Um den Gewährleistungsumfang kleinzu halten, blieb die Zweckdefinitionweitgehend unausgesprochen; derEntscheidungsvorschlag des Fach-manns wurde gläubig angenommen.Nur gelegentlich musste argumentiertwerden, meist wenn von der Konkur-renz geschürte Vorurteile vorgebrachtwurden.Geistesgeschichtlich gesehen war essozusagen wie im Mittelalter, das vor30 Jahren durch eine ökologische undenergetische Aufklärung abgelöstwurde. Allerdings waren die Trägerdieser Aufklärung keine klugen Huma-nisten, sondern ganz überwiegend

politische Marktschreier und Reklame-spezialisten. Die Ungeübtheit der Fach-leute im Argumentieren für die tech-nisch vernünftigste Lösung erwies sichnun als eklatante Schwäche der Bran-che angesichts des Wildwuchses derVorurteile.Nun setzt das Argumentieren nicht al-lein Sprachfertigkeit voraus, sonderndie Fähigkeit, einen Entscheidungsvor-schlag rational zu begründen. DieBegründung kann nur auf einerreproduzierbaren, d.h. auch nachprüf-baren Bewertung von Anlagen undAnlagenkomponenten beruhen. Standfrüher die Lösung zunächst fertigungs-technischer, dann wärme- und strö-mungstechnischer Probleme im Vor-dergrund, rückten diese auf den Rangeiner zwar wichtigen, aber dennochselbstverständlichen Ingenieuraufgabe,und das Bewertungsproblem stell-te sich nun als ein Hauptthema heraus.Dabei darf nicht vergessen werden,dass es nicht nur um die Lösung desBewertungsproblems an sich geht, son-dern um die Entwicklung einer zuver-lässigen Basis für eine möglichst breiteund detaillierte Argumentation gegenVorurteile und für rational aufgebauteKonzepte.Es ist für jeden Ingenieur eine Selbst-verständlichkeit, Bewertungsmaßstäbean die von ihm entwickelten techni-schen Produkte anzulegen. Dabei kon-zentriert man sich auf das Wesentli-che. Bei uns in der Heiztechnik ist diesprima vista der Kessel. Hier werdendie größten Verluste und auch größtenUnterschiede vermutet. Der üblicheBewertungsmaßstab ist der im Volllast-betrieb gemessene Wirkungsgrad η.Er ist genaugenommen nur interessantfür den Konstrukteur, der wissenmuss, wie tief der Kessel die Rauchga-se (trocken) abkühlt. Dem Betreibergenügt diese Information nicht. Ermöchte wissen, wie gut der eingesetz-te Brennstoff im ausschließlichen Teil-

last- oder An/Aus-Betrieb ausgenutztwird. Die Stillstandsverluste können hierden Abgasverlust weit überschreiten;maßgeblich für den eigentlichen Be-trieb ist der sich vom Wirkungsgradgrundsätzlich und dem Betrag nachunterscheidende Nutzungsgrad ν .

Es kommt demnach auf den jeweilsBeurteilenden an, welche Bewertungs-größe maßgebend ist. Er gibt denZweck der Bewertung vor. Bei einerenergetischen Bewertung ist mit derProdukteigenschaft Wirkungsgrad ηsozusagen das Thema verfehlt. Diehier maßgebende fallbezogene Bewer-tungsgröße ν ist stark abhängig• vom bei der Auslegung

gewählten Leistungs/Last-Verhältnis,

• vom Lastverlauf, geprägt durchGebäude- und Anlageneigen-schaften sowie vor allem durchden Nutzerwillen, und

• von der Betriebsart und demBetriebsverhalten des Wärmeerzeugers bei Teillast.

Die große und stark variable Diskre-panz zwischen dem Wirkungsgrad unddem Nutzungsgrad ist eine Besonder-heit der Heiz- und Raumlufttechnik.Es sei am Rande vermerkt, dass esgeschickter ist, statt mit dem Nutzungs-grad mit seinem Kehrwert zu rechnen,also den Aufwand auf den Nutzen zubeziehen. Die so gebildeten Aufwands-zahlen sind nämlich addierbar. Produ-zieren zum Beispiel mehrere Prozessein einem System nebeneinander ge-meinsam einen Nutzen, können dieAufwände und damit die Aufwands-zahlen der Prozesse addiert werdenzu einer Aufwandszahl des ganzenSystems. Sie lassen sich auch subtra-hieren, zum Beispiel bei einem Ver-gleich von Systemen, wenn als Bezugs-wert derselbe Nutzen verwendet wird.So erhält man zum Beispiel für die

Das Bewertungsproblemin der Heiz- undRaumlufttechnikHeinz Bach

4

Bewertung von Heizwärme QH aus

Kraftwärmekopplung mit dem Mehr-aufwand an Brennstoffenergie ∆Q

B

eine Aufwandszahl, die deutlichkleiner ist als 1.

Der Aufwand kann also durchaus klei-ner sein als der Nutzen, dies gilt üb-rigens auch für Wärmepumpen, meistist er aber größer wie zum Beispiel beiKesseln.Aufwandszahlen können auch mit-einander multipliziert werden wieNutzungsgrade auch, immer dann,wenn Prozesse in Reihe geschaltet sind.Dies liegt zum Beispiel bei einer Heiz-anlage vor, die sich in die TeilprozesseNutzenübergabe, Wärmeverteilungund Wärmeerzeugung gliedern lässt(Bild 1).

Bei jedem Teilprozess tritt als Eingangs-größe ein Bedarf und als Ausgangs-größe ein Aufwand auf, der für dennachfolgenden Prozess zu einem Be-darf wird: Bedarfsentwicklung. Der indiesem Zusammenhang ungewohnteBegriff Nutzen soll auf einen neuenBewertungsansatz aufmerksam ma-chen. Er wird einengend - etwa gegen-über den Begriffen Wärme oder Kälte- verwendet für das unmittelbar zudeckende Bedürfnis, zum Beispiel einebehagliche Umgebung zu erhalten oderDuschwasser zu liefern. Damit dient er• als Überbegriff für die ver-

schiedenen Formen des Nutzens:Wärme, Kälte, Stoffe(Abfuhr von Schadstoffen, Zufuhrerwärmten Trinkwassers) und

• zum Präzisieren der Bewertung,dass zum Beispiel nur der Anteilder zuzuführenden Heizwärmeals Bedarf gezählt wird, der exaktfür den vorgegebenen Nutzenerforderlich ist, und liefert damitdie Definition des Referenz-bedarfes für alle Bewertungen.

Der Heiznutzen ist räumlich, zeitlichund der Art nach (konvektiv oderradiativ) definiert. Ohne eine solchePräzisierung lässt sich zum Beispiel dieunterschiedliche Wirkung von Regel-systemen nicht bewerten, worauf esheute aber besonders ankommt. Raum-temperaturtoleranzen, wie sie derEmpfindungsspielraum der Nutzer (zumBeispiel festgestellt über eine PMV-Analyse) sehr wohl zulässt, würdenenergetisch bedeutsame Unterschiedeverwischen und ein technischesVerbesserungspotential unerkannt las-sen (Beispiel: Weitsprung mit dem hartdefinierten Absprungbalken).

Der so verstandene Nutzenbegriff lie-fert nicht nur einen Referenzbedarf,zum Beispiel als Energiemenge Q

0

(Bild 1), sondern auch den LastgangQ

0 für bestimmte Sollgrenztempera-

turen im Raum als Regelgrößen für denÜbergabeprozess. Der Aufwand hier-für tritt als Leistungsgang Q1 auf undliefert aufintegriert die EnergiemengeQ

1.Es wurde nun durch umfangreicheBetriebssimulationen nachgewiesen,dass die Aufwandszahlen e1 für be-stimmte Übergabesysteme genügendgenau allein von einer mittleren rela-tiven Heizlast

abhängig sind. Man könnte hier auchvon einem relativen Jahresmittel derHeizlast oder relativen Referenzbedarfsprechen (Normheizlast Q

N , ta = 8760 h/a).

Der Zusammenhang wird durch einfa-

Aufwandszahl für Raumheizflächen

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,00,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

Ohne Regelung(Altanlage)

Heizkörper

Durchheizen

Fußboden-heizung

P

P1

Aufw

andsz

ahl

e 1

Jahresmittel der rel. HeizlastQO,N

ta QN

ß= •

Bedarfsentwicklung in einer Heizanlage

Heizanlage

Bedarfsentwicklung

Heiz-last

Heiz-leistung

ReferenzEnergie-bedarf

Aufwandszahlen:

Aufwand

Bedarf Bedarf Bedarf

Aufwand Aufwand

Nutzen-überbabe Verteilung Erzeugung

Energie-liefer-system

Verteilungs-leistungQO,N

•Q1

•

Q1

Q2

QO,N

QO,N

Q1

e1 =

Q2 Q3

Q3

ΣQ1

ΣQ1

Q2

Q2

Q3

•

e2 = Q2e3 =

•

5

der Kesseltemperaturen auftreten. Zu-sätzlich wird die unabhängige Varia-ble von der Aufwandszahl der Vertei-lung und vom Leistungslastverhältnis

beeinflusst.Die Betrachtung der Aufwandszahlenlehrt, dass diese nur für einen fall-bezogenen Referenzbedarf (Gebäude,Betrieb, Anforderungsprofil) gelten,also für eine bestimmte relative Heizlastß

Q; konsequenterweise hängen die Auf-

wandszahlen somit von den Aufwands-zahlen aller vorgelagerten Prozesseab. Keinesfalls können sie komponen-tenbezogen in einem Firmenkatalogoder in einer Verordnung als festeallgemein gültige Zahlenwerte ange-geben werden. Es ist deshalb auchunseriös, allgemein zu behaupten,wenn diese oder jene Komponente ineine Altanlage eingebaut wird, wird

che Hyperbeln wiedergegeben (Bild2). Sie unterscheiden sich nach Art derHeizfläche, ihrer Auslegungstempe-ratur und ihrer Regelung sowie derBetriebsführung. Die e1 , ßQ -Kurven sindallgemeingültig und tabelliert; es istalso nicht eine Betriebssimulation er-forderlich, um im jeweiligen An-wendungsfall zu e1 zu gelangen.Für die Verteilung (Bild 3) erhält maneine ähnliche Darstellung (allerdingsmit nur einem Parameter, dem relati-ven Zusatzaufwand im Auslegezu-stand), aber bei der unabhängigenVariablen den zusätzlichen Einflusseiner mittleren Aufwandszahl e1 der inder Bedarfsentwicklung davor liegen-den Nutzenübergabe.Bei der Wärmeerzeugung (Bild 4) istfür einen Betrieb mit konstanten Tem-peraturen ebenfalls die Hyperbel-darstellung zu erhalten, stärker durch-hängende Kurven können durch einelastgeführte Steuerung zum Beispiel

ein bestimmter Prozentsatz Energiegespart. Natürlich ist es nahezu immervorteilhaft, zum Beispiel einen altenKessel durch einen neuen zu ersetzen,nur allgemein gültige Einsparzahlengibt es hierfür nicht. Allerdings lassensie sich fallbezogen nach einer sorg-fältigen Analyse von Gebäude, Ge-bäudebetrieb und Anlage berechnen.

Aus der Abhängigkeit der Aufwands-zahlen vom fallbezogenen Referenz-bedarf und ihrer mit der Bedarfs-entwicklung wachsenden Abhängig-keit untereinander ist weiterhin zu er-kennen, dass in sog. Feldmessungenfestgestellte Energieverbrauchswerteweder zuverlässige Schlüsse auf dieenergetische Qualität der einzelnenAnlagenbereiche - geschweige derKomponenten - noch der ganzen Anla-ge zu ziehen erlauben. Feldmessungenliefern Betriebserfahrungen, aber kei-ne eine energetische Bewertung erstermöglichenden Aufwandszahlen, weilim Feldversuch sich die wesentlicheBezugsgröße, nämlich der Referenz-bedarf, einer Messung entzieht.Während es, wie für die Warmwasser-heizung gezeigt, zweckmäßig - sogarnotwendig - ist, den Prozessbereich„Nutzenübergabe“ geschlossen zubetrachten - für den Heizkörper alleinohne Regelsystem lässt sich keine Teil-aufwandszahl angeben - bietet sich inder Raumlufttechnik die Möglich-keit, diesen Bereich weiter zu unter-gliedern (Bild 5). Diese Unterbereichesind je für sich gestaltbar und damitbewertbar. Auf diese Weise lässt sicheine Anlage genauer auf den jeweili-gen Bedarfsfall anpassen. Die Unter-bereiche sind die Luftführung, der Luft-transport und die Luftbehandlung. Auchhier gibt es wieder eine Bedarfs-entwicklung, aber mehrschienig für dieverschiedenen Formen des Nutzens.Die Referenzbedarfswerte unterschei-den sich durch das Vorzeichen, jenachdem ob es sich um Wärme oderKälte handelt, be- oder entfeuchtetwerden muss oder Schadstoffe abzu-führen sind. Einen von jedermann er-warteten Referenzbedarf an Luft füreinen Raum gibt es nicht. Die Zuluft istder Aufwand, mit dem die Stofflastabgetragen wird (Stofflasten bedingendie Raumlufttechnik, Energielastenkönnten auch mit anderen Technikenabgeführt werden).

Aufwandszahl für die Verteilung

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,00,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

rel.Zusatzaufwandim Auslegezustand

Aufw

andsz

ahl

e 2

• ßQe1

4%3%

2%1%

∆Q2 / ΣQN e2 =1+

∆Q2 / ΣQN

• •

• •

Aufwandszahl für die Erzeugung

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,00,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24

Aufw

andsz

ahl

e 3

• ßQe1 • e2ΣQN

ϑK = 50°C = const.

ϑK = 70°C = const.ϑK = f(ϑa)

QK,N

.

.

(Beispiel)

6

Zur Bewertung der Raumlufttechnikbeschränke ich mich auf die Betrach-tung des ersten Unterbereichs, derLuftführung. Der Zuluftaufwandhängt wesentlich davon ab, wie gut esgelingt, die Wirkung lufttechnischerMaßnahmen auf den Raumbereich zukonzentrieren, wo ihr Nutzen gefragtist, die Anforderungszone; d.h. es wirdangestrebt, den Schadstoffstrom hier-hin m

S,Anf möglichst im Vergleich zu

dem Restraum mS,Ra

zu halten. DieserBelastungsgrad

beschreibt demnach die Wirkung dergewählten Lastabfuhr. Drei Prinzipienwerden hierfür nach W. Dittes unter-schieden:• Verdrängen mit dem größten

Luftaufwand, µ → 0• Verdünnen mit mittlerem

Luftaufwand, µ = 1• Eingrenzen mit reduziertem

Luftaufwand, µ < 1Eine zusätzliche lufttechnische Ent-lastungsmaßnahme besteht darin, dieStoffströme unmittelbar am Entstehungs-ort zum Teil zu erfassen, zum Beispielmit Absaugungen. Der Erfassungsgradη ist hier das Qualitätsmaß; er istneben Form und Anordnung der Er-fassungseinrichtung vom Erfassungs-luftstrom mEr abhängig. Dieser mussdurch Zuluft ersetzt werden. Wird nun

das Eingrenzprinzip verfolgt, müssenzusätzlich die Thermikströme m

K aus

der Anforderungszone durch Luftzu-fuhr in diese Zone ausgeglichen wer-den, um Mischströmung durch Rezirku-lation zu vermeiden.Wie lassen sich nun für einen bestimm-ten Anwendungsfall die verschiede-nen Lüftungsmöglichkeiten bewerten?Wie groß sind die Unterschiede beimAufwand an Zuluft und der hierfürerforderlichen Energie? Für eine Be-wertung der Luftführung muss ein ab-geleiteter Referenzaufwand an Zuluftm

Zu,0 gegeben sein. Analog zum bishe-

rigen Vorgehen muss dieser Referenz-wert eindeutig definiert sein, fernerdarf er nicht durch technischen Auf-wand belastet und muss möglichst ein-fach zu bestimmen sein. Wie gesagt,nur für die Abfuhr von Stofflastenm

S ist Zuluft erforderlich (sofern saube-

re Außenluft prinzipiell vorhanden ist).Dies kann nur der Luftstrom sein, derbei einfacher Fensterlüftung mit derdadurch hervorgerufenen Misch-strömung eingelassen wird, bis dieGrenzkonzentration c

lim erreicht ist:

Nun lässt sich eine Aufwandszahl fürdie Luftführung angeben. Sie lautet:

Die Bewertungsziffer I beschränkt denSicherheitsabstand zur Grenzkonzen-tration. Mit dieser einfachen linearenFunktion lässt sich nun ein Bewertungs-diagramm aufbauen (Bild 6). Die Auf-wandszahl ist auf der Ordinate aufge-tragen, die als Anforderung formulier-te eine Anlagenfunktion (1- η) • µ aufder Abszisse und die zweite Anlagen-funktion als Bilanzbedingung auf derHilfsordinate rechts. Der Bewertungs-index liefert die Steigung der Geraden-schar.Mit zwei Beispielen möchte ich dasDiagramm erläutern. Beim ersten solldas Verdünnungsprinzip, beim zwei-ten das Eingrenzprinzip diskutiert wer-den. In beiden Fällen sei der Bewer-tungsindex I = 0,8:

1. Bei der Luftführung mit Misch-strömung (Verdünnungsprinzip)schafft die Lüftung nur einenBelastungsgrad µ = 1; die Absau-gung entlässt in die Anforderungs-zone (1- η) = 0,4; der relativeMindestzuluftstrom (Bilanzluft-strom) ist dabei 0,2.Durch die Wirkung der Absau-gung erreichen wir e

11 = 0,5;

der erforderliche Bilanzluftstromist im Zuluftstrom enthalten.

2. Zur Verwirklichung des Eingrenz-prinzips, bei dem ein Belastungs-grad von µ = 0,5 eingehaltenwerden soll, müssen nun dieThermikluftströme mit beachtetwerden, so dass der relative

Anlage zur Bedarfsdeckung

Bedarfsentwicklung

Q0•

m0,S•

m0,L•

Nutzungsübergabe bei RLT-Anlagen

Raum

+N

utz

ung

Luft

führu

ng

Luft

transp

ort

Luft

beh

andlu

ng

Ver

teilu

ng

m1,L•

m1,S•

Q11•

m11,S•

Q12•

m12,S•

m11,L• m12,L

•

Q1•

Q2•

Q0 • e1 = Q1 • e2= Q2

•

•

•

•

•

•

7

Bewertung der Luftführung

0,00,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,4 0,6 0,81,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Bewertungsindex

1. Anforderungen:

Funktionen:

Erfassungs- und Belastungsgrad

mZU,min

mZU,0

•

••

cARBclim

(1-η)µ

=e11 =

I =

I = 0,8

mZU

mZU,0

•

•

µ = 1;(1 - η) = 0,4;

(mER,i + mK,i)• •

•

mZU,0•

Σ

(mER,i + mK,i)• •

mZU,0•

Σ

mER

mZU,0

Σ

Bila

nzb

edin

gungen

Aufw

andsz

ahl

= 0,2;

= 0,3;

e11 = 0,5

2. Anforderungen:

Funktionen:

I = 0,8

µ = 0,5;(1 - η)µ = 0,2;

e11 = 0,3

Zuluftstrom auf 0,3 steigt.Die Absaugung soll die gleicheWirkung wie im Beispiel 1haben. Die Aufwandszahl indiesem Fall ist e

11 = 0,3. Hier ist

der Bilanzluftstrom bestimmend.Er könnte geringfügig unterInkaufnahme eines etwas schlech-teren Erfassungsgrades reduziertwerden; damit verbesserte sichentsprechend die Aufwandszahl.

In beiden Fällen ist die Aufwandszahldeutlich < 1 oder mit anderen Worten:im Vergleich zur einfachen Fenster-lüftung lässt sich mit der Raumlufttechnikder Zuluftaufwand deutlich reduzie-ren. Das Ergebnis ist so ähnlich wie beider Kraft-Wärme-Kopplung. Durch in-telligenten Einsatz von Technik lässtsich - entgegen vielen Vorurteilen - derAufwand deutlich senken.

Aus den bei der Beschäftigung mit demBewertungsproblem gewonnenen Er-kenntnissen können weitere Erkennt-nisse auch für andere Ingenieurauf-gaben in unserem Fach abgeleitetwerden:Für die Anlagenplanung bietet essich an, dieselbe Anlagenunter-gliederung - Nutzenübergabe, Vertei-lung, Erzeugung - zu verwenden undanalog der Bewertung in derselbenRichtung, nämlich der Bedarfs-entwicklung, vorzugehen. Dies klingtfast selbstverständlich, ist aber für diePraxis geradezu revolutionär - wer denktschon an die Raumheizflächen bei derModernisierung seiner Heizung, fürdie der Einbau eines Brennwertkesselsihm empfohlen wird? Und wer würdesich in einem solchen Fall auch nochGedanken über die Umwälzpumpemachen?So wesentlich wie für die Bewertungder Nutzenübergabe die Definitioneines Referenzbedarfs ist, so bestim-mend ist für die Gestaltung derNutzenübergabe die detaillierteBeschreibung der Vorgaben (aus die-sen folgt übrigens der Referenzbedarf).Die auf die Vorgaben abgestimmtenAnlagenfunktionen lassen sich nun im

einzelnen nachweisen und für die „maß-geschneiderte“ Besonderheit desKonzepts Argumente entwickeln. Dasso gefundene optimal an den Bedarfangepasste Konzept ist als das optimaleüberhaupt auch rational zu begründen.Insgesamt sind wir mit dem Nachweisdes Zusammenhanges zwischen Be-darf und Aufwand in der gegenüberfrüher sehr viel komfortableren Lage,uns nicht mehr für die mit unserenAnlagen produzierten Verluste zu ent-schuldigen. Wir können mit nachprüf-baren Argumenten nun aufzeigen, mitwie wenig Aufwand und wie viel Kom-fort wir den vom Nutzer definiertenBedarf decken. Vielleicht ist es unsdabei gelungen, unserem Fachgebietetwas von seiner Irrationalität zu neh-men und die Marktchancen von tech-nisch anspruchsvollen, optimal an denBedarf angepassten Anlagen durchden schlüssigen Nachweis ihrer Über-legenheit gegenüber den billigenSchubladenlösungen zu erhöhen.

8

Über die anisotherme Strömung, diesich aus dem Zusammenwirken vonSenkenströmungen an Erfassungsein-richtungen und Strömungsvorgängenbei der Stofffreisetzung und -ausbrei-tung ergibt, liegen bisher nur wenigeErkenntnisse vor. Zudem ist der Einflussvon Störströmungen, die z.B. durchgeöffnete Fenster und Türen, Fall-strömungen an kalten Außenflächenoder vorbeifahrenden Transportein-richtungen entstehen, weitgehend un-bekannt. Erfassungselemente werdendeshalb bislang weitgehend nachErfahrungswerten oder mit Hilfe vonNäherungsverfahren ausgelegt, beidenen nur die Einzelströmungsvor-gänge (Senkenströmung, Thermikströ-mung) betrachtet werden. Um andereEinflussgrößen (z.B. Störluftbewe-gungen, Größe der Produktionsein-richtung) bei der Dimensionierung desErfassungsluftstroms zu berücksichti-gen, bedarf es einer subjektiven Ent-scheidung des Planers.

Im Rahmen der Erarbeitung von Grund-lagen für die Auslegung von Erfassungs-einrichtungen, mit denen die Strömungs-vorgänge vollständig und geschlossenberücksichtigt werden können, wur-den die Einflussgrößen auf die Er-fassungswirkung systematisch an ei-nem Beispiel für thermisch geprägteStoffausbreitungsvorgänge untersucht.Es wurde dazu die kontaminierte Ther-mikströmung ausgehend von einemzylindrischen, beheizten Körper kom-biniert mit einer Erfassungseinrichtung

Projekt OPTISOptimierung von Einrichtungen zurStofferfassung - Stoffausbreitung durchThermik abgeschlossen

Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedi-zin initiierten und begleiteten Forschungsprojektes wurden die Einflussgrößenauf die Erfassungswirkung systematisch an einem Beispiel für thermischgeprägte Stoffausbreitungsvorgänge untersucht und neue anwender-freundliche Handlungsanleitungen zur Auslegung von Erfassungs-einrichtungen entwickelt /1/.

(offene Bauart) über der Wärme- undStoffquelle betrachtet.

Die experimentellen Untersuchungenwurden auf einem in Anlehnung an dieDIN EN 1093/Teil 4 gebauten Prüf-stand für Erfassungseinrichtungendurchgeführt. Darüber hinaus wurdedie Wirkung von Senkenströmungenauf thermikgeprägte Stoffausbreitungs-vorgänge mittels der nummerischenStrömungssimulation berechnet. Zur Be-rechnung der Strömung wurde dasFinite-Volumen-Programm FLUENT ein-gesetzt. Um sicherzustellen, dass dieSimulationsergebnisse gleich denMessergebnissen gewichtet werdenkönnen, wurden die beiden Unter-suchungsmethoden für einen Beispiel-fall miteinander verglichen. Die in derSimulation vorzugebenden Rand-bedingungen wurden so angepasst,dass eine gute Übereinstimmung zwi-schen Experiment und Berechnung er-zielt wird.

Basierend auf diesen experimentellenUntersuchungen und nummerischenSimulationen wurden die Erfassungs-grad/Erfassungsluftstrom-Kennlinienvon unterschiedlich geformten Erfas-sungselementen (Saugrohr mit Einström-düse, Saugrohr mit Einströmdüse undFlansch groß/klein, Absaughaube)ermittelt. Als Parameter wurden dieGeschwindigkeit der Störluftbewe-gung, der Abstand und Versatz zwi-schen Erfassungselement und Stoff-quelle sowie die Quellstärke variiert.

Aus den gewonnenen Ergebnissenwurden neue, in der Praxis einfach zuhandhabende Auslegungsverfahren fürErfassungseinrichtungen bei thermischgeprägten Stoffausbreitungsvorgängenentwickelt. Die Ergebnisse sind so auf-bereitet und in Auslegungsdiagrammendargestellt, dass sie für die Planung inder Praxis sofort genutzt werden kön-nen. Anhand eines Beispiels wird dieHandhabung der Auslegungsdia-gramme demonstriert.

Da im Rahmen des Projektes nur einBeispiel einer Wärme- und Stoffquelleuntersucht werden konnte, ist der An-wendungsbereich der Auslegungs-grundlagen noch verhältnismäßig be-grenzt. Ziel des seit Oktober letztenJahres laufenden NachfolgeprojektesOPTIS II (Dauer 2 Jahre) ist es des-halb, die Anwendbarkeit derartigerAuslegungsgrundlagen auf andereProduktionseinrichtungen zu erweitern.

/1/ Walz, A.: Optimierung vonEinrichtungen zur Stofferfassung -Stoffausbreitung durch Thermik.Bremerhaven: Wirtschaftsverlag NW 2000(Schriftenreihe der Bundesanstalt fürArbeitsschutz und Arbeitsmedizin:Forschung Fb 836)

Armin Walz

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Der Schwerpunkt der Arbeiten am IKEumfasst die Aspekte der bedarfsorien-tierten und rechnergestützten Planungvon Gebäuden und Anlagen. Mit demPflichtenheft können Anforderungenund Randbedingungen transparentdokumentiert werden, Anlagenkon-zepte können daraus abgeleitet undals Grundlage eines Qualitätssiche-rungssystems für Planung, Ausführungund Betrieb verwendet werden. We-sentliche Ergebnisse sind im BereichDatenaustausch zwischen CAD-Syste-men und Gebäude- und Anlagensimu-lation erreicht worden. Die innerhalbvon INTESOL entwickelte VDI-Richtli-nie 6021 Blatt 1 „Datenaustausch fürdie thermische Lastberechnung vonGebäuden” sowie die zukünftige VDI6027 Blatt 2 „Anforderungen an denDatenaustausch von CAD-Systemen;Anlagentechnik” sind in die von derweltweit einflussreichen InternationalAlliance for Interoparibility (IAI) in ih-ren Industry Foundation Classes (IFC)weitgehend übernommen worden.Hiermit ist die Grundlage geschaffen,dass Hersteller von CAD-Systemen dasnunmehr international gültige Daten-austauschformat für Gebäude und An-lagenkomponenten anbieten. Hiermitwerden in Zukunft verlustfrei Datenüber den gesamten Lebenszyklus desGebäudes ausgetauscht werdenkönnen.

Das gesamte Thema „Methoden zurAnlagenplanung” wird fortgesetzt mitdem neuen ForschungsvorhabenBEWAHREN – „Bewertung anlagen-technischer Maßnahmen bei der ener-getischen Verbesserung der Bausub-stanz”. Ziel dieses Vorhabens ist es,mit den Ergebnissen von INTESOL undauf Basis der neuen VDI 2067 einePlanungshilfe für die Zustandsdiagnose,die Bewertung eventueller Maßnah-men zur Sanierung und die Auswer-tung des tatsächlichen Verhaltens desGebäudes und seiner Anlage zu ent-wickeln. Dieses Vorhaben, gefördertdurch das BMWI, Förderzeichen0329828C, erfolgt in enger Koopera-tion mit nationalen und internationalenPartnern des Projekts IEA-ECBS Annex36: „Retrofitting of Educational Buildings– REDUCE – Energy Concept Adviser forTechnical Retrofit Measures”. Hauptzieldieses auf vier Jahren angelegten Pro-jekts ist es, Konzepte für die Sanierungvon Bildungsgebäuden zu erstellen,die einen energieeffizienten Gebäude-betrieb gewährleisten. Schwerpunkt derForschungsarbeiten ist die Entwicklungeines sogenannten „Energiekonzept-Ratgebers”, eines interaktiven Tools,das die Entscheidungsträger im Sanie-rungsprozess bereits in der frühenPlanungsphase bei der Auswahl ener-getisch und wirtschaftlich sinnvollerMassnahmen unterstützen soll.

INTESOLIntegrale Planungsolaroptimierter BautenabgeschlossenRaphael Haller

Das Projekt INTESOL - Integrale Planung solaroptimierter Bauten – ist seit Sommer2000 abgeschlossen. In den vergangenen 4 Jahren wurde gemeinsam mit denProjektpartnern des Instituts für industrielle Bauplanung der Universität Karlsruhe(ifib), den Ebert-Ingenieuren München sowie den Firmen ROM Hamburg und GTSWiesbaden grundlegende Arbeiten im Bereich “Methoden zur Anlagenpla-nung” erarbeitet. Der Endbericht liegt in Kürze vor.

Dissertationen und Forschungsberichte

1999/2000Michael Bauer schloss seine Doktorprüfung im Herbst1999 ab. Seine Dissertation trägt den Titel: „Methodezur Berechnung und Bewertung des Energieaufwandesfür die Nutzenübergabe bei Warmwasserheizanlagen“.

Im Herbst 1999 promovierte Markus Tritschler.Titel seiner Arbeit: „Bewertung der Genauigkeitvon Heizkostenverteilern“.

Im Juni 2000 legte Erik Reichert seine Doktorprüfung ab. Seine Dissertation lautet:„Ein Verfahren zur Bestimmung des Energie- undStoffaufwands zur Luftbehandlung bei raumluft-technischen Anlagen“.

Im Herbst 2000 promovierte Dietmar Krieg als„Externer“ bei Professor Bach. Seine Arbeit befasst sichmit der „Entwicklung einer Methode zur Auswahlraumlufttechnischer Systeme mit Hilfe neuronalerNetze“.

H. Bach, B. Biegert, W. Dittes,Chr. Kochendörfer; H. Hasenfratz-Schreier undIndustriepartner: „Energieeinsparung in Laboratoriendurch Reduzierung der Luftströme (RELAB)“April 1998 (HLK-2-98)

R.F.Grob: „Entwicklung von Testprozeduren zurAbnahme von Building-Energy-Systemen(ETA-BEMS)“. 2000 (HLK-2-00)

B. Biegert; W. Dittes: Katalog technischerMaßnahmen zur Luftreinhaltung am Arbeitsplatz -Lufttechnische Maßnahmen. Band I: Konzeption,Auswahl und Auslegung von Einrichtungen zurLuftreinhaltung am Arbeitsplatz. Bremerhaven:Wirtschaftsverlag NW (erscheint voraussichtl. 1/2001).(Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitschutz undArbeitsmedizin: Forschung, Fb 834)

B. Biegert: Katalog technischer Maßnahmen zurLuftreinhaltung am Arbeitsplatz - LufttechnischeMaßnahmen. Band II: Dokumentation ausgeführterAnlagen. Bremerhaven: Wirtschaftsverlag NW(erscheint voraussichtl. 2/2001). (Schriftenreihe derBundesanstalt für Arbeitschutz und Arbeitsmedizin:Forschung, Fb 835)

A. Walz: „Optimierung von Einrichtungen zurStofferfassung - Stoffausbreitung durch Thermik“.Schriftenreihe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz undArbeitsmedizin, Fb 836. Bremerhaven: Wirtschafts-verlag NW, 2000

H. Bach, H.-H Boiting, W. Dittes , F. Kolarik:„Arbeitsplatzlüftung Entwicklung vonEinrichtungen zur Arbeitsplatzluftreinhaltung beiStoffemissionen ohne Eigenbewegung“. Forschungsbe-richte FLT, L174. Hrsg.: Forschungsvereinigung für Luft-und Trocknungstechnik e.V., Frankfurt, 1999

Alle Dissertationen und eigeneForschungsberichte sind über die FGHLKStuttgart mbH erhältlich.

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Literatur

/1/ VDI 2262/ Blatt 3: Luftbeschaffenheitam Arbeitsplatz, Minderung der Expositiondurch luftfremde Stoffe; LufttechnischeMaßnahmen. Mai 1994

/2/ VDI 3802: RaumlufttechnischeAnlagen für Fertigungsstätten.Dezember 1998

/3/ Biegert, B.; Dittes, W.: Katalogtechnischer Maßnahmen zur Luftreinhaltungam Arbeitsplatz - Lufttechnische Maßnah-men. Band I: Konzeption, Auswahl undAuslegung von Einrichtungen zur Luftreinhal-tung am Arbeitsplatz. Bremerhaven:Wirtschaftsverlag NW(erscheint voraussichtl. 1/2001).(Schriftenreihe der Bundesanstaltfür Arbeitschutz und Arbeitsmedizin:Forschung, Fb 834)

/4/ Biegert, B.: Katalog technischerMaßnahmen zur Luftreinhaltung amArbeitsplatz - Lufttechnische Maßnahmen.Band II: Dokumentation ausgeführterAnlagen. Bremerhaven: WirtschaftsverlagNW (erscheint voraussichtl. 2/2001).(Schriftenreihe der Bundesanstalt fürArbeitschutz und Arbeitsmedizin: For-schung, Fb 835)

Im Laufe der Jahre 1999 und 2000 ergaben sich zahlreichepersonelle Veränderungen am Institut:

Zur Planung lufttechnischer Maßnah-men (Erfassen, Lüften) gibt es bislangneben den gesetzlichen Grundlagenlediglich Empfehlungen für das Vorge-hen (VDI 2262 /1/, VDI 3802 /2/).Der nun fertiggestellte Katalog solldarüber hinaus die Planung lufttech-nischer Einrichtungen zur Luftreinhal-tung am Arbeitsplatz unterstützen durchdie Vorgabe einer systematischen Vor-gehensweise, durch neue Planungs-werkzeuge sowie durch Produktüber-sichten und durch die Dokumentationausgeführter Anlagen.

Lufttechnische Maßnahmen mit hoherWirksamkeit, die sowohl den Vorschrif-ten der Gesetzgebung als auch denAnforderungen der Arbeitgeber ge-recht werden, erfordern, daß sie nichtnach pauschalen Erfahrungswertenkonzipiert und bemessen, sondern in-dividuell abgestimmt werden. Gegen-über der heute noch vielfach üblichenPraxis sind hierzu allerdings aufwendi-gere Planungsabläufe erforderlich.Solche sind bereits in der VDI 3802dargelegt. Ihre Anwendung in der Pra-xis soll durch diesen Katalog erleichertwerden.

Mit dem Band I /3/ wird dem Nutzereine strukturierte Vorgehensweise inForm von Ablaufplänen sowie einfachgestaltete Planungswerkzeuge in Formvon Arbeitsblättern, Auslegungs-diagrammen und -verfahren vorgestelltund zur Anwendung empfohlen. BandI umfaßt die Erhebung der Ausgangs-daten, die Auswahl der lufttechnischenMaßnahmen sowie die Konzipierungund Ausführung von Erfassungsein-richtungen und Luftführungen. Damitsoll es allen Beteiligten der „integrier-ten Planung“ (z. B. Sicherheitsfach-kräften, Betriebsmittelplanern) ermög-licht werden, sich mit diesem Thema zu

beschäftigen und ggf. auch selbst beider Planung mitzuwirken.Mit dem Band II /4/ erhält der Nutzerdes Katalogs Anregungen aus derPraxis in Form von Übersichten überhandelsübliche Produkte für die in-dustrielle Lüftungstechnik (Erfassungs-einrichtungen, Luftdurchlässe) und inForm von Dokumentationen über indi-viduell ausgeführte Erfassungsein-richtungen und RLT-Anlagen. Jedes Pro-dukt wird dabei auf jeweils einer Seitemit den wichtigsten technischen Datensowie einer Abbildung vorgestellt. Eswerden Lösungen aus den unterschied-lichsten Branchen präsentiert. Dies sollauch dazu anregen, aus gewohntenBahnen herauszutreten und einen Blick„über den Zaun” zu wagen.

Katalog technischer Maßnahmenzur Luftreinhaltungam Arbeitsplatz -Lufttechnische MaßnahmenBernhard Biegert

PERSONALIA

Im Mai 1999 verließ uns Dipl.-Ing. Marc Birc,der in den Bereich Anlagensimulation von Heiz- undLuftverteilnetzen einbezogen war, um in einerForschungsaustauschgruppe bei Daimler-Chrysleranzufangen.

Erik Reichert, der im Bereich Wohnungslüftungund Niedrigenergiehäuser arbeitete, schloss seineDoktorprüfung im Juni 2000 ab. Seit Mai 1999 ist erals Entwicklungsingenieur beim Elektromotoren-und Ventilatorenhersteller EBM Werke GmbH inMulfingen tätig.

Im September 1999 übernahm Dipl.-Ing. HansMesserschmid, der Prüfbereichsleiter für Wärme-erzeuger und Speicher war, eine Stelle als Unter-nehmensbereichsleiter bei den Stadtwerken(Fair Energie GmbH) in Reutlingen. Er ist dortzuständig für die Bereiche „Wärme“ und „technischeDienstleistungen“.

Am 1. Dezember 1999 erhielt Michael Bauer, der inmehrere Projekte im Bereich Systemsimulation amInstitut eingebunden war, für seine Dissertation denPreis des Verbandes der Metallindustrie Baden-Württemberg (VMI) zur Förderung des wissenschaftli-chen Nachwuchses. Der Preis, den sich sechsNachwuchswissenschaftler zu gleichen Teilen teilten,war mit insgesamt DM 60000 dotiert. Dr.-Ing. M.Bauer ist seit September 1999 als Consultant fürGebäudetechnik und Gebäudemanagement bei DS-Plan in Stuttgart beschäftigt.

Markus Tritschler, der den Prüfbereich Heizkosten-verteilung organisierte, promovierte im Herbst 1999.Er arbeitet seit Januar 2000 als Consultant fürGebäudetechnik und Gebäudemanagement bei DS-Plan in Stuttgart.

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Albers, Peter:Bestimmung der wärmetechnischenKennwerte einer Sportbodenheizung aufeinem Plattenprüfstand.Aydemir, Gürsel:Parameterstudie bei Emissionsmessungenan Gas-Zentralheizgeräten.Beisler, Matthias:FEM-Simulation der Wärmeübertragungin einem Warmwasserspeicher.Binay, Orhan:Erstellen eines Simulationsmodellsauf der Basis von Kennlinienmodellen.Dankha, David :Alternative Klimatisierungsmethodenin der Praxis.Dietrich, Martin:Entwicklung von Werkzeugenzur Durchführung von Simulationsstudienmit TRNSYS 14.2.Dogan, Ersin:Katalytisches Cracken von Heizöl-El.Ecker, Rainer:Validierung der Sensorik einerbestehenden RLT-Anlage.Encke, Dirk:Ermittlung der Einsatzgrenzen von Induktions-klimaanlagen bei unterschiedlichen Raumluft-strömungsformen.Frey, Gudrun:Der Einfluß der Regelungauf die Nutzenübergabe.Ge, Runiu:Entwurf eines komponentenbasierten Soft-waresystems zur Erkennung und Diagnosevon Fehlern in RLT-Anlagen

Geisel, Tilo:Erstellung eines Datenmodells für denDatenaustausch zwischen CAD-Systemen zurPlanung von RLT-Anlagen und demSimulationsprogramm TRNSYSHirsch, Stefan:Erstellen des Simulationsmodells für einGebäude als Grundlage für die Abnahmeund BetriebsüberwachungHolzapfel, Roland:Kopplung und Kalibrierung des vereinfachtenGebäude- und Anlagensimulationsmodells desBauteils 2 der Hauptschule PlieningenIbrahim, Ahmed:Entwicklung eines Simulationsmodellsfür das NWZ 2 der Universität StuttgartIllenberger, Andreas:Solarunterstützte Nahwärmesysteme -Vergleich unterschiedlicher Verteilsystemeund RegelkonzepteIrsigler, Robert:Normnutzungsgrad der Trinkwasser-erwärmung für wandhängende KombithermenKempe, Stephan:Der Einfluß der Reglungauf die NutzenübergabeKessler, Jörg:Analytische Untersuchung des thermischenVerhaltens von RaumheizflächenKöstler, Robert:Messen der Strömungsfelder vonSchadstofferfassungseinrichtungen mit mobilerMeßeinrichtungKöstler, Robert:Abschätzung des Energieeinsparpotentialsdurch bedarfsgerechte Regelung desZuluftstroms bei der Belüftung von IndustriehallenKothe, Dirk:Regeln für den Datenaustausch zwischenCAD-System zur Planung von WW-Heizanla-gen und dem Simulationsprogramm TRNSYSKrauss, Ferdinand:Automatisierte Meßdatenaus der GHS PlieningenKrauss, Ferdinand:Erstellung eines Rechenmodells zur Simulationvon ElektrospeichergerätenKreuser, Matthias:Einfluß der Kühlung aufden MotorbetriebKunert, Thomas:Untersuchung eines Differenzdruck-Regelventils (Mini Kombiventil MCV)Lang, Matthias:Das Luftübergabeverhalten von LuftheizungenLimperich, Dirk:Schutzgasatmosphäre und Schadstoff-erfassung in einem Reflow-TunnelLuo, Ying:Ermittlung der Heiz-/Kühllastvon NutzkraftwagenMalich, Bernd:Grundlegende Untersuchungen zurBelüftung von Versammlungsräumenim Nahbereich der Stühle

Mantziaris, Dimitris:Untersuchungen zur thermischen Behaglich-keit in einem Modellraum. Ermittlung derLeistung einer Heiz/Kühldeckefür verschiedene BetriebszuständeMartin, Jörg:Ausarbeitung des Energiekonzeptes derGemeinde HirschbergMartin, Jörg:Grundlagenermittlung einschließlich Daten-aufnahme für ein Energiekonzept derGemeinde HirschbergNägele, Claus:Energiebilanz der Grund- und HauptschulePlieningenNeunhäuser, Uwe:Vereinfachung und Verbessrung desSimulationsmodell „Thermostatventil“Neunhäuser, Uwe:Untersuchung eines Algorithmus für einenelektronischen Heizkostenverteiler nach demZweifühlersystemRiederer, Peter:Modelling of a cooling coil in matlab/simulink environment with experimentalvalidationRuppert, Armin:Normnutzungsgrad der Kombination vonHeizkesseln und TrinkwassererwärmernRuss, Jochen:Vergleich verschiedener Varianten zurKühlung von LaboratorienSchellmann, Ulrich:Erweiterung eines Rechenansatzes zurErmittlung des Energieaufwands KV-Anlagenauf VV-AnlagenSchwede, Dirk:Integrale Planung der Gebäudetechnik für einBürogebäude abgestimmt auf Nutzungs-anforderungen und gesamtenergetischeZielvorgabenStaiger, Björn:Konzeption und Auslegung eines Prüfstandesfür Zulassungsprüfungen von Wohnungs-lüftungsgeräten mit WärmerückgewinnungThum, Stephen:Kalibrierung des Gebäude- und Anlagen-simulationsmodells des Bauteils 2der Hauptschule in PlieningenTreiber, Markus:Der Einfluß der relativen Heizlast auf dieNutzenübergabe von FußbodenheizungenWeiß, Patrick:Entwicklung eines adaptiven Fuzzy-Reglersfür die EinzelraumregelungWindmüller, Dirk:Einführung einer Leitstelle für die Über-wachung und Optimierung von Gebäudenund Anlagen am Beispiel einer KommuneWustlich, Kai:Entwicklung eines Simulationsmodellsfür das L3 der Universität Stuttgart

Studien- und Diplomarbeiten 1999/2000

Dipl.-Ing. Christian Haupt, der sich maßgeblichan der Grundlagenentwicklung für neue Regel- undAbrechnungssysteme beteiligte, ist seit April 2000 alsProduct-Manager bei der METRIX SYSTEMS AGin der Schweiz beschäftigt.

Dipl.-Ing. Frank Roskamp , der für den Laborbereich„Wärmeerzeuger“ verantwortlich war, verließ uns zuSchulbeginn 2000, um eine pädagogische Laufbahneinzuschlagen.

Die Stipendiaten aus der VR China Frau J. Ding, M.Sc(Strömungssimulation) und Kai Zou, M.Sc. (System-simulation und Planung) schieden aus privaten undberuflichen Gründen im Laufe des Jahres 1999 aus.

Frau Fatima Bakhouche, Verwaltungsangestellte imSekretariat, wechselte im April 2000 in ihre Heimatstadt.

Neu hinzugekommen sind im Januar Dipl.-Ing. UweNeunhäuser und im März 2000 Frau Alice Drutu, diebeide nun den Bereich Heizkostenverteiler verstärken.

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1.Zonierung des h,x-Diagramms

Nutzen-anforderungen

Wetterdaten

Parameter derRTL-Anlage:Anlagetyp

BetriebsweiseAuslegungsgrößen

AufwandswerteLuftransport

2. Auswertung der Wetterdaten

3. Berechnung der Aufwandswerte

Das Verfahren ist auf beliebige An-lagentechniken und Betriebsweisen,Nutzenanforderungen und Gebäudeanwendbar und kann als Modul eineralle Systembereiche umfassendenMethode zur Bestimmung des Gesamt-energie- und Stoffaufwands von RLT-Anlagen verwendet werden. Die Er-gebnisse können je nach Zielsetzungder Planungsaufgabe weiterhin sowohlin Wirtschaftlichkeitsrechnungen alsauch in Emissionsbetrachtungen Ver-wendung finden und so bereits in derfrühen Planungsphase einen wesentli-chen Beitrag zum Vergleich verschie-dener Anlagenkonzepte leisten. Kerndieser Methode ist ein Verfahren zurEinteilung (Zonierung) des h,x-Dia-gramms /2/.

Zur Entwicklung des h,x-Zonen-Verfah-rens wird die Theorie der Bedarfs-entwicklung angewandt, nach der

Projekt MERLANMethode zur Berechnung desEnergiebedarfs von raumlufttechnischenAnlagen abgeschlossen

Systeme entgegengesetzt zum Energie-fluss, also entgegen der herkömmli-chen Betrachtungsrichtung, untersuchtwerden: Ausgehend vom Bedarf desRaumes wird danach zunächst der Auf-wand zur Nutzenübergabe bestimmt.Dieser ist erforderlich, um den Nutzenmit einer Anlage in den Raum einzu-bringen. Darauf baut der Aufwand zurVerteilung und schließlich der Aufwandzur Erzeugung auf. Bei RLT-Anlagenlässt sich die Nutzenübergabe zumZweck ihrer Bewertung und Optimie-rung in die Untersysteme Luftführung,Lufttransport und Luftbehandlung un-tergliedern. Während für die Unter-systeme Luftführung und Lufttransportauf bestehende Erkenntnisse zurückge-griffen werden kann, wird das h,x-Zonen-Verfahren nur auf das Unter-system Luftbehandlung angewandt(siehe Bild).

Das Verfahren basiert auf einer Eintei-lung des h,x-Diagramms in Zonen, in-nerhalb derer alle Zustandsverläufeder Luft ähnlich sind, d.h. in denen diegleichen Komponenten der untersuch-ten RLT-Anlage betrieben werden. An-zahl und Form der h,x-Zonen hängendabei von den verwendeten Kompo-nenten der RLT-Anlage und deren An-ordnung, d.h. vom Anlagentyp, sowievon deren Betriebsweise ab. Lage undGröße der h,x-Zonen sind durch dieNutzenanforderungen im Raum unddie Auslegungsgrößen der RLT-Anlagebestimmt. Nach einer Auswertung derWetterdaten (z.B. mit einem Hilfspro-gramm) lassen sich die Energie- undStoffaufwandswerte jeder Anlagen-komponente zonenweise über Bilanz-gleichungen berechnen.

Die Forschungsergebnisse des Projek-tes MERLAN konnten parallel zumVorhaben in die Richtlinienarbeit derNeufassung der VDI 2067 eingebrachtwerden.

Literatur

/1/ Bach, H.; Reichert, E.; Walz, A.:MERLAN - Methode zur Berechnung desEnergiebedarfs von raumlufttechnischenAnlagen. Verein der Förderer der Forschungim Bereich Heizung-Lüftung-KlimatechnikStuttgart e.V. (Hrsg.). ForschungsberichtHLK-1-00. Stuttgart: 2000

/2/ Reichert, E.: Ein Verfahren zurBestimmung des Energie- und Stoff-aufwands zur Luftbehandlung beiraumlufttechnischen Anlagen.Diss. Univ. Stuttgart 2000

Erik Reichert, Armin Walz:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens MERLAN* wurde eine Methodeentwickelt, die es dem Planer einer RLT-Anlage erlaubt, den Energie- undStoffaufwand von RLT-Anlagen einfach und reproduzierbar zu berechnen/1/.

*Gefördert mit Mitteln des Bundesministeri-ums für Wirtschaft über die Arbeitsgemein-schaft industrieller Forschungsvereinigungen“Otto von Guericke” e.V. AiF-Nr. 11235

Bild 1:Ablaufschema des entwickelten h,x-Zonen-Verfahrens

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Robert F. Grob

Aufbauend auf dem Lebenszyklusan-satz für die Simulation und den Arbei-ten zum Projekt VITE-BEMS /1/ wer-den Methoden und Werkzeuge ent-wickelt, mit denen die Inbetriebnahmeund die Abnahme komplexer digitalerRegelsysteme im Bereich der Gebäu-de- und RLT-Technik computergestütztdurchgeführt werden können. Basie-rend auf einer Analyse der derzeit inder Praxis gängigen Abnahmeprozessewerden im Projekt ETA-BEMS /2/ zu-nächst Testprozeduren entwickelt, mitdenen die Inbetriebnahme und Abnah-me digitaler Regelungssysteme überden gesamten Funktions- bzw. Leistungs-bereich der jeweiligen RLT-Anlage er-möglicht wird. Die Prozeduren werdenin einer virtuellen Testumgebung, inder die betreffenden Regelsysteme miteinem Simulationsmodell der realenAnlage verbunden sind, durchgeführt.Als virtuelle Testumgebung kommt da-bei ein eigens neu entwickelter, flexi-bel konfigurierbarer Emulationsver-suchsstand für DDC-Geräte zum Ein-satz (siehe Bild). Die für die Emulationbenötigten Simulationsmodelle werdenso erweitert und verbessert, dass siemöglichst einfach in die Testumgebungeingebunden bzw. mit den realenRegelgeräten verbunden werden kön-nen.

Um die Regelsysteme systematisch über-prüfen zu können, wird bei den Test-prozeduren zwischen Open-Loop- undClosed-Loop-Tests unterschieden. Mitden Open-Loop-Tests werden Regel-bzw. Steuerfunktionen untersucht, beidenen keine direkte Rückkopplungzwischen Regelgerät und zu regelnder

ETA-BEMS – Entwicklung vonTestprozeduren zur Abnahmevon Building-Energy-Management-Systemen

Anlage besteht wie z.B.bei sicherheitsrelevantenFunktionen wie einemFrostschutzalarm oderbeim Steuerverhalten imFall von Betriebsstörun-gen. Bei den Closed-Loop-Tests steht das je-weilige Regelgerät mitder virtuellen heiz- undraumluf t technischenAnlage in Wechselwir-kung. In diesem Fall wirddas Regelverhalten derDDC-Systeme unter kriti-schen Lastbedingungen(z.B. extreme innere undäußere Lasten, kritischeBetriebszustände) überprüft. Durch dieunterschiedlichen Prozeduren könnenim Idealfall alle Regelfunktionen, dievom Anlagenplaner spezifiziert wur-den, nachgeprüft werden.

Abschließend wird im Projekt ETA-BEMS der Nachweis der prinzipiellenFunktionsweise der virtuellen Test-umgebung sowie der entwickeltenOpen-Loop- und Closed-Loop-Test-prozeduren erbracht, indem die Test-prozeduren auf eine bestehende Anla-ge angewendet werden. Diese ersteAnwendung der entwickelten Vorge-hensweise zeigt, dass mit Hilfe derTestumgebung und den entwickeltenTestprozeduren DDC-Regelanlagenbzw. Building-Energy-ManagementSysteme unter den verschiedenartig-sten Randbedingungen überprüft wer-den können. Da die Randbedingungeninnerhalb der virtuellen Testumgebungstets reproduzierbar sind, ist somit erst-

mals auch die Möglichkeit einer Qua-litätssicherung bei Regelsystemen ge-geben. Unter der Voraussetzung, dassdas verwendete Simulationsmodell dasVerhalten der realen Anlage exaktnachbildet, können im Closed-Loop-Modus die Parameter eines instabilenRegelkreises in mehreren Emulations-läufen optimieren bzw. zumindest „vor-optimiert“ werden.

Literatur

/1/ VITE-BEMS - Virtuelle Testumgebungfür Building Energy Management Systeme,AiF-Forschungsvorhaben Nr. 9568,HLKBRIEF Nr. 6, Juni 1994

/2/ ETA-BEMS - Entwicklung von Test-prozeduren zur Abnahme von BuildingEnergy Management Systemen, EndberichtAiF-Forschungsvorhaben AiF-Nr. 11262 NUniversität Stuttgart, IKE Lehrstuhl für Heiz-und Raumlufttechnik, Juni 2000

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Zusammenfassung undHandlungsempfehlungen

Neuartige Planungswerkzeuge undAuslegungsmethoden werden von denBeteiligten meist überkritisch betrach-tet. Durch eine veränderte, übergrei-fende Betrachtungsweise werden tra-ditionell getrennte Arbeitsbereiche teil-weise überschritten bzw. zusammen-gefasst. Dies führt bei eher traditionellorientierten Planern und Technikern zuReaktionen, die von starker Skepsis bishin zu schroffer Ablehnung reichen.Eine wesentliche Aufgabe währendder Konzeptfindungsphase ist dahereine umfassende, leicht verständlicheInformation. Diese Aufgabe kann nichtgenügend betont werden. Erschwerteine mangelhafte Informationspolitikwährend der Konzeptfindungsphasedie Akzeptanz, werden in der Planungs-und Ausführungsphase die Auswir-kungen deutlich schwerwiegender. Einefehlerhafte Anlagenauslegung kannhier die Folge sein. AusgeklügelteSystemkonzepte werden dann ad ab-surdum geführt.Zum energie- und behaglichkeits-optimierten Betrieb von Gebäuden sindleistungsfähige Regelungs- und Steue-rungseinrichtungen sowohl für die Hei-zung als auch für Beleuchtung, Jalou-sien etc. notwendig. Der Markt bietethier eine Vielfalt. Bedauerlicherweisebestehen grosse Probleme bei der Kom-munikation zwischen Systemen, dieihren Schwerpunkt in unterschiedlichenBereichen haben (z.B. Heizungs- undBeleuchtungsregelung). Hier sind deut-liche technische Verbesserungen oderdie Öffnung eines vielleicht etwas zuengen Firmenweltbilds notwendig. DerMarkt sollte eine Veränderung hin zukommunikationsfreudigeren Systemenunterstützen.

Der Betreiber einer Heizanlage in ei-nem Schulgebäude ist letztendlich derHausmeister. Seine Rolle beim energie-optimierten Betrieb der Heizanlage darfnicht unterschätzt werden. Die Bedie-nung der Anlage sollte daher auf denHausmeister zugeschnitten bzw. ab-gestimmt werden.Werden energetische Sanierungendurchgeführt, so sollten diese mit anste-henden baulichen Sanierungen kombi-niert werden. Dazu sollten die Sanie-rungszyklen für solche Gebäude konti-nuierlich erfasst werden. Dies entbin-det natürlich nicht von der umfangrei-chen Bauaufnahme. Dabei sollte dieEinbindung der Verantwortlichen amObjekt in einem sehr frühen Planungs-stadium erfolgen, um die Termin-planung eng aber praxisgerecht ab-stimmen zu können und auf eventuelleAnforderungen der Schule frühzeitigeingehen zu können. Die Planungs-phase sollte ausreichend lang sein unddie erforderliche Detailplanung bereitsvor der Ausschreibung abgeschlossensein, damit die Kosten für spezielleAusführungen von den Anbietendenausreichend kalkuliert werden können.

Erarbeitung und Realisierung einesmodellhaften Sanierungskonzeptsfür eine Schule in Stuttgart-Plieningen(MOSES)

Die Terminplanung der Bauausführungmuss auf den Schulbetrieb abgestimmtsein und falls erforderlich, entsprechen-de Räumlichkeiten für eine zeitweiseAuslagerung des Schulbetriebs recht-zeitig zur Verfügung stehen.Die grössten wirtschaftlichen Einspar-potentiale lagen bei allen drei Gebäu-den in der Dämmung der Aussenwand.Bei den anderen Bauteilen waren diePotentiale stark vom Baujahr der Ge-bäude abhängig. Es sollte daher fürjede energetische Sanierung einEnergiekonzept erstellt werden, dasdie Randbedingungen des zu sanie-renden Objektes berücksichtigt. Diebeschriebene Vorgehensweise hat sichgrundsätzlich als sehr pratikabel her-ausgestellt.

Christoph Bacher, Gunther Claus

/1/ Bach, H. et al.: Erarbeitung undRealisierung eines modellhaften Sanierungs-konzepts für eine Schule in Stuttgart-Plieningen (MOSES). BMBF-Forschungs-vorhaben 0328622C. Entwurf Endbericht,Universität Stuttgart, Mai 2000.

Das Bild zeigt denJahresheizenergie-

verbrauch sowieTageskennwertevon Oktober 95bis April 99 für

die GHSPlieningen. Durch

die aufeinanderabgestimmte

Sanierung vonGebäudehülle und

Anlagentechnikkonnte der

Jahresheizenergie-verbrauch von ca.

220 kWh/m2 aum über 70 % auf

61 kWh/m2 areduziert werden

/1/.

Literatur

Sanie

rung

15

Bernhard Biegert

Die vielfach noch angewendeten, her-kömmlichen Verfahren zur Luftstrom-ermittlung greifen lediglich auf Erfah-rungswerte und/oder - in der Fachlite-ratur noch häufig genannte - Luft-wechselzahlen zurück. Diese stehen inProduktionshallen meist in keinem Be-zug zu den real auftretenden und zubewältigenden Stoff- und Wärmelasten.Bei allen „neuen“ Verfahren /1/; /2/zur Konzipierung und Auslegung luft-technischer Maßnahmen richtet sichder Auslegungsluftstrom dagegen nachder maximal abzuführenden Stoff- bzw.Wärmelast. Den „neuen“ Verfahren istgemeinsam, daß es sich um statischeHandrechenverfahren handelt, die vonstationären Zuständen in den Produk-tionshallen ausgehen. Vorteilhaft da-bei ist, daß eine Bestimmung der erfor-derlichen Luftströme jederzeit als Hand-rechnung ausgeführt werden kann,nachteilig ist der dazu erforderlichehohe Rechenaufwand, v. a. wenn beider Auslegung ggf. Iterationsschritteerforderlich werden. Instationäre, d. h.zeitveränderliche Stoff- und Wärme-austauschvorgänge, die in Produktions-hallen häufig auftreten (Ein-Schicht-Betrieb, Anfahrvorgänge), können mitden genannten Verfahren nicht behan-delt werden.

Werden die Auslegungsgrößen einesSystems (z. B. Zuluftstrom) nur unterAnnahme stationärer Bedingungenbestimmt, kann es beim realen Betriebmit veränderlichen Randbedingungenzu deutlichen Überschreitungen derGrenzwerte (im Fall einer Unterdimen-sionierung) bzw. zu unnötig überhöh-ten Luftströmen über längere Zeiträu-me (im Fall einer Überdimensionie-rung) kommen.

Handlungshilfen für die Praxis zurKonzipierung und Bewertung derLuftführung in stoff- und wärme-belasteten Produktionshallen (LUPRO)

An diesem Punktsetzt die Hand-lungshilfe an, diein Form einesCompu t e rp ro -gramms für dieBundesanstalt fürArbeitsschutz undArbeitsmedizin(BAuA) entwickeltwurde /3/. Hierwerden die „neu-en“, jedoch stati-schen Verfahrenzur Konzipierungund Auslegungvon Luftführungenkombiniert mit erweiterten Bewer-tungsmöglichkeiten, in die auchinstationäre Vorgänge einbezogensind. Zusammengefaßt wird dies allesin einem leicht zu bedienenden An-wendungsprogramm, mit dem die ver-änderlichen Zustände und Vorgängeim Raum bereits im Planungsstadiumerkannt und berücksichtigt sowie diezu erwartendenden Stoff- und Wärme-lasten im Arbeitsbereich dargestellt,bewertet und verglichen werden kön-nen. Ziel ist es, dem in der Praxis mitder Planung und Bewertung von Lüf-tungsanlagen für Produktionsstättenbefaßten Personenkreis ein wissen-schaftlich fundiertes und gleichzeitigmöglichst einfaches und gut anwend-bares Werkzeug zur überschlägigenKonzpierung und Bewertung von Luft-führungen in stoff- und wärmebelastetenProduktionshallen zur Verfügung zustellen.

Literatur

/1/ Bach, H. u.a.: Gezielte Belüftung derArbeitsbereiche in Produktionshallen zumAbbau der Schadstoffbelastung.Forschungsbericht HLK-1-92,Hrsg.: Verein der Förderer der Forschungim Bereich Heizung, Lüftung, KlimatechnikStuttgart e.V., 2. Auflage, September 1993

/2/ VDI 3802: RaumlufttechnischeAnlagen für Fertigungsstätten.Dezember 1998

/3/ Biegert, B.: Erarbeitung von Hand-lungshilfen für die Praxis zur Konzipierungund Bewertung der Luftführung in stoff- undwärmebelasteten Produktionshallen.Forschungsvorhaben F 1097der Bundesanstalt für Arbeitsschutz undArbeitsmedizin (BAuA). Erscheint voraus-sichtl. Anfang 2001 in der Schriftenreiheder Bundesanstalt für Arbeitsschutz undArbeitsmedizin im Wirtschaftsverlag NW,Bremerhaven

Bild: Berechnete Lufttemperaturen in einerProduktionshalle mit Schichtströmung

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IMPRESSUM

Autoren:Prof. Dr.- Ing. Heinz BachProf. Dr.- Ing. Michael SchmidtDipl.- Ing. Christoph BacherDipl.- Ing. Bernhard BiegertDipl.- Ing. Jörg DipperDipl.- Ing. Robert F. Grob, M.Sc.Dipl.- Ing. Raphael HallerDr.- Ing. Erik ReichertDipl.- Ing. Armin WalzIKE/LHR

Dipl.- Ing. Gunther ClausFGHLK

Herausgeber:Verein der Förderer derForschung im BereichHeizung-Lüftung-KlimatechnikStuttgart e.V.Pfaffenwaldring 6a70550 Stuttgart - VaihingenTel. 0711 / 685 - 2090Fax 0711 / 687 - 6056

Redaktion:Prof. Dr.- Ing. Heinz BachSabina Fischer-Hampel

Grafik u. DTP:CommunikationVisuellRolf Wernecke, Stuttgart

Druck und Reproduktion:Druckerei Jauch, Stuttgart

Die Verantwortung für den Inhaltder Beiträge liegt bei den Autoren.Veröffentlichung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des Herausgebers.

Jörg Dipper

Das Forschungsvorhaben MELISSA istim Rahmen der industriellen Gemein-schaftsforschung1) ein Anschlussvor-haben an MEDUSA - Minimierung desEnergiebedarfs von Gebäuden undAnlagen durch Simulation von Heizan-lagen - gefördert. Innerhalb von ME-DUSA wurden die Aufwandszahlender Nutzenübergabe für Warmwasser-heizsysteme erarbeitet. Damit ist einGroßteil der heute installierten Syste-me abgedeckt.Mit den Vorgaben, wie sie für dieEnergieeinsparverordnung 2000 alsNachfolge der Wärmeschutzverord-nung /1/ zu erwarten sind, könntenaber vermehrt andere Systeme zumEinsatz kommen, die dann energetisch- und daraus abgeleitet auch wirtschaft-lich und ökologisch - zu beurteilensind. Dazu zählen Einzelheizgerätewie Elektrospeichergeräte, Elektro-direktheizgeräte oder Einzelöfen, z.B.Kachelöfen. Speziell bei Elektrodirekt-heizgeräten ist die Wärmeabgabe beiden geringen Heizlasten in zukünfti-gen Gebäuden sehr fein regelbar. DieBeurteilung dieser Geräte reduziert sichbisher darauf, dass bestimmte Geräte-eigenschaften nachgewiesen werden.Z.B. wird das Wärmerückhalte-vermögen für Elektrospeichergerätenach DIN44572 T5 /2/ geprüft oderes dürfen bestimmte Oberflächentem-peraturen nicht überschritten werden.Die Geräte können sich aber unterrealen Einsatzbedingungen sehr unter-schiedlich verhalten. Eine Prüfung un-ter stationären Bedingungen kann da-her nur sehr beschränkt für die Geräte-qualität und zur Bewertung des späte-ren Betriebsverhaltens überhaupt nichtherangezogen werden.Die seitherige Vorgehensweise derVorausberechnung von Bedarfswerten,wie sie z.B. in der VDI-Richtlinie 2067/3/ angewendet wird, eignet sich nicht

mehr, da sich die gesetzlichen Rah-menbedingungen gegenüber der Zeit,in der die Kennwerte ermittelt wurdenverändert haben und mit der Einfüh-rung von Niedrigenergiehäusern nochweiter verändern werden. Im einzel-nen soll mit der Beurteilungsmethodedes Forschungsvorhabens MELISSA er-möglicht werden, die Übergabe- undErzeugungsverluste von Einzelheiz-geräten zu berechnen. Damit wird eineenergetische Beurteilung dieser Syste-me möglich, auch im Vergleich zukonkurrierenden Heizsystemen. AlsWerkzeug wird die rechnerischeBetriebssimulation mit gekoppelter Be-rechnung des Gebäude- und Anlagen-verhaltens eingesetzt. Mit ihr kann derAufwand des jeweiligen Heizsystemsdem Bedarf eines idealen Heizungssy-stems gegenübergestellt werden. ImGegensatz zu den Aufwandszahlenaus MEDUSA, die die energetischeGüte der Nutzenübergabe beschrei-ben, wird für die Einzelheizsystemeeine Gesamtaufwandszahl ermittelt.Übergabe, Verteilung und Erzeugunglassen sich bei diesen Geräten nichttrennen und damit auch nicht sinnvollgetrennt bewerten. Das Vorhaben wirdEnde 2001 abgeschlossen.

Literatur

/1/ Verordnung über einen energie-sparenden Wärmeschutz bei GebäudenWärmeschutzverordnung - WärmeschutzV),16.8.1994/2/ DIN44572 T5 Speichergeräte mitsteuerbarer Wärmeabgabe - Messverfahrenzur Ermittlung des Wärmeinhalts(Kalorimeter), August 89/3/ VDI 2067 Blatt 2: Berechnung derKosten von Wärmeversorgungsanlagen -Raumheizung, Dezember 19931) Gefördert mit Mitteln des Ministeriumsfür Wirtschaft und Technologie über dieArbeitsgemeinschaft industrieller Forschungs-vereinigungen AiF.AiF-Vorhaben Nr. 12233 N/1

MELISSA - Methode zur Berechnungund Bewertung des Energie-aufwandes von Einzelheizgerätenmit gekoppelter Betriebssimulationvon Gebäude und Anlage