Willkommen Welcome Bienvenue - TGA-Kongress 2018 ...tga-kongress.de/wp-content/uploads/2016/04/50_Backes.pdf · Vorlesung INLUFT Created Date: 4/25/2016 7:47:17 AM

1 © HOWATHERM Klimatechnik GmbH

Welcome

Bienvenue

Willkommen

Instationäre Raumströmung Energierückgewinnung und Energieeffizienz-technologien in der Lüftungstechnik

Dipl.-Ing. Christian Backes [email protected]


Mischlüftung

Raum

ZUL FOL


Instationäre Mischlüftung

Raum

ZUL FOL

DE 10 2009 009 109



Raum

ZUL FOL

Zyklus 1

DE 10 2009 009 109


Raum

ZUL FOL

Zyklus 2

DE 10 2009 009 109



100 %

0 %

Zeitachse

Luftmengen pro Strang

Strang 2

Strang 1

Instationäre Strömung


100 %

0 %

Luftmengen pro Strang

Zeitachse

80 %

20 %

Strang 2

Strang 1



• „Stoßbetrieb“ durch impulsbehaftete Strömung



CFD Berechnungen

Strömungssimulation


CFD Berechnungen

Computational Fluid Dynamics verschiedener

Varianten zur Hallenbelüftung mit dem 3D-Strömungs-

simulationsprogramm ANSYS CFX (TÜV Süd).

• Vergleich konventionelle Lüftung

– LWZ = 1

– LWZ = 2

• Intermittierende Lüftung

– LWZ = 1 (Zu- und Abluft getrennt)

– LWZ = 2 (Zu- und Abluft kombiniert)



Vergleich Strömungsgeschwindigkeiten vertikal LWZ = 1

instationär

stationär




• Homogeneres und diffuseres Strömungsfeld

• Verbesserte Mischung im Raum

• Verringerung örtlicher (Schad-)Stoffkonzentrationen



Messung

• Umluftanlage (isotherm) mit:

- Luftmenge 2.000 m³/h

- LWZ = 4,3

- 2 Zuluftstränge mit Auslassgittern

• Vergleich:

- Konventionelle Lüftung

- Instationäre (intermittierende) Lüftung im

Teillastbetrieb bis LWZ = 1,7

- variable Zyklen

Laborversuch


Messaufbau V = 2.000 m³/h (Mischlüftung LW = 4 )

Laborversuch


Raumluftgeschwindigkeiten zum Volumenstrom

Laborversuch

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200

Ra

um

luft

ge

sc

hw

ind

igk

eit

en

in

m/s

Luftmenge in m³/h

Luftgeschwindigkeiten (t = 60 s)

Konventinell Instationär


v

sTu v

²)v(v1n

1s

n

1i

iV

Turbulenzgrad mit der Standardabweichung



Messung der Turbulenzgrade im Raum

Laborversuch

20

30

40

50

2.000 m³/hkonv.

1.000 m³/hkonv.

1.000 m³/hCXC 10 s

1.000 m³/hCXC 20 s

1.000 m³/hCXC 30 s

1.000 m³/hCXC 40 s

1.000 m³/hCXC 50 s

1.000 m³/hCXC 60 s

1.000 m³/hCXC 90 s

1.000 m³/hCXC 120 s

Tu

rbu

ble

nzg

rad

in

%

Variante

Turbulenzgrad

Summen Diffusfeld 2,5 m Höhe Diffusfeld 1,75 m Höhe Diffusfeld 1,0 m Höhe Direktfeld 1,0 m Höhe






• Erhöhte Raumluftgeschwindigkeiten

• Erhöhter Turbulenzgrad



Praxistest

• Bauvorhaben FH Soest:

- Nennluftmenge 10.000 m³/h

- isotherm

- Raumvolumen 2400 m³

- LWZ = 4,00

- 2 Zuluftstränge mit mehreren Drallauslässen

- Abluft konventionell

• Vergleich:

- Konventionelle Lüftung 50% und 100%

- Instationäre Lüftung 50%

Rauchversuch im Projekt


Rauchversuch im Projekt

FH Soest (Mischlüftung LW = 4 )


Strahleindringtiefe Drallauslass in m zur Luftmenge

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Str

ah

lein

dri

ng

tie

fe H

eiz

fall in

m

Luftmenge in %

Konventionell Instationär



Strahleindringtiefe Drallauslass in m zur Luftmenge

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Str

ah

lein

dri

ng

tie

fe H

eiz

fall in

m

Luftmenge in %

CrossXchange Konventionell CrossXchange -Instationär Instationär

Großversuch








• Erhöhte Luftzufuhr in den Aufenthaltsbereich (Teillast)



Messung

• Zu- und Abluftanlage im Heizbetrieb:

- Luftmenge 10.300 m³/h (100 %) bei 19°C

- Volumen der Halle 12.580 m³ bei 15°C

- LWZ = 0,82

- 2 Zuluftstränge mit Weitwurfdüsen

- Abluft konventionell

• Vergleich:

- Konventionelle Lüftung

- Instationäre (intermittierende) Lüftung im

Voll- und Teillastbetrieb (Zyklus 1 Minute)

Großversuch


Großversuch


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

10:33:36 10:36:29 10:39:22 10:42:14 10:45:07 10:48:00 10:50:53 10:53:46 10:56:38 10:59:31

V1

V2

V3

V4

Zeit

Str

öm

ung

sgeschw

indig

keit in m

/s

Geschwindigkeit (konventionelle Raumströmung) bei 80 % Menge

Großversuch


Zeit

Str

öm

ung

sgeschw

indig

keit in m

/s

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

17:22:34 17:25:26 17:28:19 17:31:12 17:34:05 17:36:58 17:39:50 17:42:43 17:45:36 17:48:29

V1

V2

V3

V4

Geschwindigkeit (instationäre Raumströmung) bei 80 % Menge

Großversuch


v

sTu v

²)v(v1n

1s

n

1i

iV

3,14)Tuv(0.370.05)v()(34DR 0.62

L

Turbulenzgrad mit der Standardabweichung

Zugluftrisiko (Draught Rating) nach Fanger



Luftmenge in %

Tu

rbu

len

zg

rad

in

%

Großversuch

Mittlere Turbulenzgrade im Vergleich

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

TU konv.

TU instat.

TU Null


Luftmenge in %

Zug

luft

risik

o in

%

Großversuch

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

DR konv.

DR instat.

DR Null

Mittleres Zugluftrisiko im Vergleich


Zeit in s

CO

2 K

onzentr

atio

n

CO2 Injektion (konventionelle Lüftung)

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

CO2 ZUL konv.

CO2 ABL konv.

CO2 Raum konv.

Großversuch

Injektionsphase


Zeit in s

CO

2 K

onzentr

atio

n

CO2 Injektion (instationäre Lüftung)

Großversuch

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

CO2 ZUL instat.

CO2 ABL instat.

CO2 Raum instat.

Injektionsphase


Zeit in s

CO

2 K

onzentr

atio

n

CO2 Zeitverhalten (konventionelle RLT – Abluft zum Raum)

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

CO2 Raum konv.

CO2 ABL konv.

Großversuch

Injektionsphase


400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

CO2 ABL instat.

CO2 Raum instat.

Zeit in s

CO

2 K

onzentr

atio

n

Großversuch

Injektionsphase

CO2 Zeitverhalten (instationäre RLT – Abluft zum Raum)


… beschreibt die Homogenität

der Lüftung

(Qualität der Mischung)

ZuluftRaum

ZuluftAbluft

c - c

c - cLE

… beschreibt, wie schnell

Schadstoffe entfernt werden

(Alter der Luft)


Abluf t

Raum

c

cMG


0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

Mischungsgrad instat. Mischungsgüte konv.

Mis

chgüte

c

Raum /

cA

blu

ft

Zeit in s

Großversuch

Mittlere Abweichung zu 1: konventionell 0,165

Mittlere Abweichung zu 1: instationär 0,036

Injektionsphase

Mischgüte im Vergleich

Abklingphase


Zeit in s

CO

2 K

onzentr

atio

n

Lüftungseffektivität (LE konventionelle RLT)

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000

CO2 Raum konv.

CO2 ABL konv.

Großversuch

Injektionsphase


Zeit in s

Lü

ftu

ng

se

ffe

ktivitä

t

Lüftungseffektivität im Vergleich (Injektion - Step up)

Großversuch

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900

Lüftungseffektivität konventionell Lüftungseffektivität instationär

Linear (Lüftungseffektivität konventionell) Linear (Lüftungseffektivität instationär)


Zeit in s

Lü

ftu

ng

se

ffe

ktivitä

t

Lüftungseffektivität im Vergleich (Abklingen - Step down)

Großversuch

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

3.800 3.900 4.000 4.100 4.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700

Lüftungseffektivität instatationär Lüftungseffektivität konventionell

Linear (Lüftungseffektivität instatationär) Linear (Lüftungseffektivität konventionell)





• Verringerung örtlicher (Schad)stoffkonzentrationen




• Keine nennenswerten Zugerscheinungen

• Verbesserte Mischung und schnellerer Schadstoffabbau

• Steigerung der Lüftungseffektivität






• Verringerung örtlicher (Schad)stoffkonzentrationen




• Keine nennenswerten Zugerscheinungen

• Verbesserte Mischung und schnellerer Schadstoffabbau

• Steigerung der Lüftungseffektivität

• Potenzial zur Reduzierung der Luftmengen



für Ihre

Aufmerksamkeit

Herzlichen Dank

Instationäre Raumströmung Energierückgewinnung und Energieeffizienz-technologien in der Lüftungstechnik

Dipl.-Ing. Christian Backes [email protected]

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