V13
Belastung der Luft in Innenräumen
Feuchigkeit
Duschen
Kochen
Personen
CO2-Konzentration
Bewohner
Verbennungsprozesse
Schadstoffbelastungen
Baumaterialien: Bodenbeläge, Farbanstriche, Möblierung
Tabakrauch
Geruchsbelastungen
Baumaterialien: Möblierung
Küche
V01
Gekoppelte Simulation
Gebäude
Anlagentechnik
Regelungstechnik
Einflussgrößen der thermischen Simulation
Äußere und innren Lasten (dynamisch)
Wetter
Nutzen
Bewertungsmaßstäbe
Behegalichkeit
Kosten
Thermische Reaktion
Bauphysik
Gebäudetechnik
Heizung/Klimatechnik
Anlagenleisung
Systemverhalten
Regeleigenschaften
Betriebsverhalten
Definition Modell nach VDI 3633
Ein Modell ist eine vereinfachte Nachbildung eines geplanten oder existierenden Systems mit seinen Prozessen.
Es unterscheidet sich hinsichtlich der untersuchungsrelevanten Eigenschaften nur innerhalb eines vom Untersuchungsziel abhängigen Toleranzrahmens vom Vorbild.
Definition Simulation nach VDI 3633
Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierbaren Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Insbesondere werden die Prozesse über die Zeit entwickelt.
Statische vs. dynamische Simulationen (und Auswahlkriterien)
Statische Simulationen
Keine Zeitabhängigkeit der Variablen: konstante Randbedingungen
Allerdings ist es möglich ein System zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu bewerten
Dynamische Simulationen
Explizite Betrachtung des zeitlichen Verhaltens von Systemen
Gebäude und Anlagesimulation: Betrachtung der Speicherkapazität von thermischen Massen (Wände, Pufferspeicher, stehendes Wasser in Rohrleitungen)
Auswahlkriterien
Anwendung
Rechenzeit
Genauigkeit
Anforderungen an eine Modellierungssprache
Dynamische Simulation möglich
Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit von Modellen
Effizient mit Blick auf CPU Leistung
Intuitiv bedienbar
Kostengünstig
Eigenschaften von Modelica (7)
Objektorientiert:
Wiederverwendbarkeit
Vererbung von Eigenschaften
Aggregation von Modellen
„Lehrbuch Gleichungen“ zur Modellierung von Systemen aus Ingenieursperspektive
Akausale Modellierung (richtungsunabhängig)
Keine Festlegung der „Flussrichtung“
Standardisierte Verknüpfungen/Schnittstellen (Interfaces), z. B. für Wärmeübertragung und Fluide
Geeignet für hybride Systeme
Kopplung elektrischer, thermischer, mechanischer, hydraulischer Systeme
Geeignet für steife Systeme
Kopplung von Modellen mit langen Zeitkonstanten (bspw. Gebäudemodelle) mit Modellen kurzer Zeitkonstanten (z.B. Hydrauliksysteme)
Geeignete Werkzeuge übernehmen die Umformung für den Gleichungslöser
Eigenschaften von Dymola
Entwicklungsumgebung für Modellierungssprache Modelica
Verarbeitung von komplexen hybriden Modellen
Grafische Modellerstellung und Auswertung möglich
Kann in Kombination mit verschiedenen Plattformen verwendet werden (Python, Embedded Systems)
Einfache Scriptsprache integriert
Unterschied Modelica - Dymola
Modelica ist eine Modellierungssprache
Modelle erstellen
Gleichungssystem aufbereiten
Dymola ist eine Entwicklungsumgebung
Stellt eine graphische Oberfläche zur Verfügung, die die Erstellung der Modelle erleichtert
Codiert in Modelica automatisch „Drag and Drop”-Befehle und die Verbindungen zwischen Modellen
Stellt den Integrator zur Lösung des Gleichungssystems zur Verfügung
Stellt unterschiedliche Tools für die Bearbeitung der Ergebnisse zur Verfügung
Weitere Entwicklungsumgebungen die Modelica unterstützen: SimulationX , OpenModelica
Vom Modell zur Simulation (5 Zwischenschritte)
Allgemeine Differential-algebraische Gleichung
Translate in Dymola (Check)
DAEs generieren
DAEs vereinfachen
Prüfen, ob dieselbe Anzahl von Unbekannten und Gleichungen zur Verfügung steht
State und algebraische Variablen auswählen
Jeder Variablen genau eine Gleichung zuweisen
Gleichungssystem sortieren
Senke, Quelle und starke Komponenten finden
Gleichungssystem initialisieren
Simulate in Dymola
Integriert die DAEs für das Zeitintervall mit der gewünschten Integrationsmethode
Feste oder variable Zeitschrittweiten können verwendet werden
V02
Was sind Rohre? Was ist entscheidend?
Rohre sind ein Transportweg für Flüssigkeiten, Gase oder rieselfähige Festkörper
physikalische Eigenschaften des Rohres
Medium
Fließverhalten
Energieverluste/-gewinne
Physikalische Eigenschaften eines Rohrs
Rohrprofil (rund, eckig, …) -> hydraulischer Durchmesser
Rohrmaterial
Rohrrauigkeit
Wärmeleitfähigkeit
Ausdehnungskoeffizient
Medium in einem Rohr
Flüssigkeit oder Gas (oder rieselfähige Festkörper)
Newtonsches oder nichtnewtonsches Fluid
Einzel- oder Mehrphasenfluid
Kompressibel oder inkompressibel
Stoffdaten (von Temperatur und Druck abhängig):
Spezische Wärmekapazität
Dichte
Dynmaische Viskosität
Fließverhalten in einem Rohr
V03
Zweck einer Pumpe
Förderhöhe einer Pumpe
Maß für die auf das Fördermedium übertragene nutzbare spezifische Arbeit bezogen auf die Erdbeschleunigung.
In mWS (Meter Wassersäule) oder in m angegeben.
Affinitätsgesetze Kreiselpumpen
Offene vs. geschlossene Systeme im Zusammenhang mit der Pumpenleistung
Offene Systeme (z. B. eine Zapfstelle für Frischwasser (Dusche, Wasserhahn):
Die Pumpe muss die geodätische Förderhöhe und die Reibungsverluste in den Rohrleitungen und Systembauteilen überwinden
Geschlossene Systeme (z . B. eine Heizungsanlage):
Die geodätische Förderhöhe wird nicht berücksichtigt, da das Wasser, das durch den Vorlauf nach oben gepumpt wird auf der anderen Seite im Rücklauf wieder nach unten fällt.
Die Pumpe muss nur die Reibungsverluste überwinden.
Das Pumpenkennfeld
Rohrnetzkennlinien
Dimensionierung einer Pumpe
Regelungsverfahren von Pumpen und deren Vor-/Nachteile (3)
Regelung mit konstanter Drehzahl:
Vorteil: einfache Regelung
Nachteil: geringe Energieeffizienz (z. B. wird bei niedrigen Volumenströmen die erzeugte Druckdifferenz nicht benötigt)
Regelung mit konstanter Förderhöhe:
Die Pumpenelektronik regelt die Drehzahl der Pumpe so, dass immer die gleiche Förderhöhe H max eingehalten wird
Vorteil: Energieeffizienter Betrieb im Bereich niedriger Volumenströme
Regelung mit variabler Förderhöhe:
Die Förderhöhe wird linear, beginnend bei der maximalen Förderhöhe, auf die halbe maximale Förderhöhe abgesenkt
Für den Betrieb des Systems ist es erforderlich, die Kennliniendaten der Pumpe im Regler zu speichern. Diese Daten dienen zur Berechnung des Förderstroms.
Druckverluste im System
V04
Wirkungs und Nutzungsgrad von Kesseln
Verluste beim Heizkessel (5)
Abgasverluste:
Verlustwärmestrom der ungenutzten Wärme im Abgas
qA = (tA - tL) * Koeffizienten
Strahlungsverluste (+ Konvektion):
Verlustwärmestrom aus Strahlungsaustausch des Kessels mit der Umgebung,
Minimierung durch Wärmedämmung und kompakte Bauweise
unverbrannte Gase
brennbare Rückstände (nur bei Feststoffen)
Bereitschaftsverluste
Wärmeverluste durch Anfahren und Auskühlen des Kessels
Bei Bestimmung des Nutzungsgrads über einen Zeitraum müssen die Bereitschaftsverluste berücksichtigt werden
Stark abhängig von der Kesseltemperatur
Regelung von Heizkesseln (3)
Zweipunktregelung mit Thermostat in einem Referenzraum
Brenner wird nach Bedarf des Referenzraums ein und ausgeschaltet
Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung:
Ein-/Ausschalten des Brenners in Abhängigkeit von der Außentemperatur
Brennstoff/Luft-Verbundregelung
Zweistufiger oder gleitend modulierender Brenner passt Kesseltemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur an
Niedertemperatur und Brennwertkessel
Niedertemperaturkessel:
Absenkung der Kesseltemperatur im Teillastbetrieb führt zu exponentiell sinkenden Verlusten
Brennwertkessel:
Niedrige Kesseltemperatur im Teillastbetrieb nutzt sowohl die sensible Abgaswärme als auch die Kondensationswärme des Wasserdampfs im Abgas
-> Bezogen auf den Heizwert (ohne Kondensation) sind damit Wirkungsgrade über 100 % möglich.
Arten von Kollektoren
Kollektrobauformen
Nutzwäreleistung und Wirkungsgrad von Solarkollektoren
V05
Heizflächen: Zweck, Klassifizierung und Wärmeabgabe
Flachheizkörper: Anordnung im Raum, Typbezeichnung
Jeder Heizkörper wird durch Bauhöhe, -länge und den Typ beschrieben.
Herstellerangaben zu:
Gewicht in kg und Wasserinhalt in l
Leistung, Heizkörperexponent und Strahlungsanteil
Auslegung eines Heizkörper (4 Faktoren und 3 Ergebnisse)
Folgende Faktoren beeinflussen die Auslegung eines Heizkörpers:
Die berechnete Norm Heizlast des Raumes
Die gewählte Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf für das Heizsystem
Die berechnete Aufheizreserve, bei Berücksichtigung der Abkühlung des Raumes während der Nachtabsenkung
Bauliche Gegebenheiten wie Breite und Höhe einer Fensternische
Ergebnis der Auslegung:
Heizkörpermerkmale: Bauhöhe, -länge und Typ
Massenstrom im Auslegungsfall
Rücklauftemperatur im Auslegungsfall
Ermittelung der Wärmeleistung eines Heizkörpers, Heizkörperexponent, Umrechnung der Wärmeleistung und Berechnung der Übertemperatur
Die Wärmeleistung wird durch Versuche mit 3 Messpunkten mit verschiedenen Übertempearturen ermittelt:
Heizkörperexponent ist der Steigungswinkel der Leistungskurve.
Die Wärmeleistung wird für Paare der Vorlauf- & Rücklauftemperatur angegeben, z. B. Normpunkt 75 / 65 °C.
Die Raumsolltemperatur beträgt üblicherweise 20 °C.
Formel zur Umrechnung der Wärmeleistung bei anderen Übertemperaturen:
Thermostatventil: Zweck und Wirkungsweise
Die Wärmeabgabe des Heizkörpers soll dem Wärmebedarf des Raumes angepasst werden -> Verwendung eines Thermostatventils (THV) zur Einzelraumtemperaturregelung
Das Thermostatventil ist ein P Regler ohne Hilfsenergie
Für eine lineare Ventilkennlinie ist der Zusammenhang zwischen Temperaturabweichung und Öffnungsgrad linear. Die Kurven der Ventilöffnung sind für unterschiedliche Solltemperaturen nur nach unten verschoben.
Ventilhub
Durchflusskoeffizient k_v von einem Ventil
Ventilautorität, P-Bereich und P-Abweichung
Bei einer Proportionalabweichung von 2 Kelvin ist das Ventil erst komplett geschlossen, wenn die voreingestellte Temperatur um 2 Grad überschritten ist.
Druckabfall am Ventil
Untere Grenze: Ventilautorität (zwischen 0,3 und 0,8)
Obere Grenze: Schallschutz (schon ab 150 mbar)
Operative Raumlufttemperatur (Definition und Messung)
Mittelwert aus der Raumluft- und Strahlungstemperatur
Wird in einer Höhe von 60 cm, ggf. im Raummittelpunkt bestimmt
Komfort (PMV und PPD)
Index, der den Durchschnittswert für die Klimabeurteilung durch eine große Personengruppe anhand folgender 7 stufiger Skala vorhersagt: heiß - warm - etwas warm - neutral - kühl - etwas kühl - kalt
Hängt ab von
Energieumsatz
Wirksame mechanische Leistung
Bekleidungsisolation & Bekleidungsflächenfaktor
Oberflächentemperatur der Bekleidung
Lufttemperatur
Mittlere Strahlungstemperatur
Relative Luftgeschwindigkeit
Wasserdampfpartialdruck
Konvektive Wärmeübergangskoeffizient
Index, der quantitativ voraussagt, welcher Prozentsatz an Personen mit einem bestimmten Umgebungsklima unzufrieden sind, da sie es als zu kalt oder zu warm empfinden.
Auswahlkriterien für einen geeigenten Solver
Eigenschaften numerischer Lösungsverfahren (Explizites und implizites Eulerverfahren, Schrittweite, Konvergenzordnung)
Empfehlungen zur Auswahl des Solvers
DASSL-Solver
Black-, Grey- und White-Box-Model
Exkurs Regelung
Regelkreis
V06
Definition Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe ist eine Maschine,
die unter Aufwendung technischer Arbeit,
thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (in der Regel ist das die Umgebung) aufnimmt
und zusammen mit der Antriebsenergie als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur überträgt.
Wärmequellen für Wärmepumpen
Erdreich
Flachkollektor
Tiefenbohrung
Grundwasserohrung
Externer Luftwärmeübertrager
Temperaturverläufe der verschiedenen Wärmequellen von Wärmepumpen
COP (Coefficient of Performance, auch Leistungszahl 𝜀) einer Wärmepumpe
In einem stationären Betriebspunkt:
Verhältnis zwischen der Wärmeleistung, die im Kondensator abgegeben wird, und der aufgenommenen elektrischen Antriebsleistung (Verdichter und einige Hilfsantriebe) der Wärmepumpe.
JAZ (Jahresarbeitszahl, auch 𝛽) einer Wärmepumpe
Verhältnis zwischen jährlich abgegebener Wärmemenge (Heizwärme) und zugeführter elektrischer Energie (Antriebsenergie (Verdichter und Pumpen)).
Berücksichtigung jährlicher Schwankungen von Außentemperatur/Wärmequelle sowie Einfluss der
Vorlauftemperatur
Berücksichtigung des Standortes der Wärmepumpe
Nutzerverhalten wird nicht berücksichtigt
Realer Wärmepumpenprozess im log(p)-h-Diagramm
Verdichtertypen für Wärmepumpen
Hubkolben-Verdichter
Schraube-Verdichter
Rollkolben-Verdichter
Drehkolben-Verdichter
Turbo-Verdichter
Spiral-/Scroll-Verdichter
Dimensionierung einer Wärmepumpe und Bivalenter Betrieb
On-Off-Controller
Expansionsventile (Drossel) in Wärmepumpen
Schwankungen der Quellentemperatur und der Leistung machen den Einsatz einesgeregelten Expansionsventils notwendig, da sich der Druck im Kältekreis und somit auch die benötigte Temperatur vor dem Verdichter ändert.
Thermostatische Regelung
Elektronische Regelung
V07
Einsatzbereiche von Speichern
Allgemein: Wärmespeicher dienen zur Entkopplung von Bedarf und Erzeugung
Speicherung von solarer Wärme (Solarthermie), um sie zu späteren Zeitpunkten nutzen zu können
Verhindern von zu häufigem Ein- und Ausschalten von Wärmeerzeugern (z. B. Wärmepumpe). Dadurch werden Start und Stoppverluste reduziert und die Lebensdauer erhöht.
Zukünftig weitere Anwendungsbereiche, z. B. Demand Side Management
Sie stellen durch ihre Kapazität Flexibilitäten bereit -> Netzentlastung
Allerdings erfolgt die Be- und Entladung nicht verlustfrei:
Wärmeverluste müssen berücksichtigt werden!
Einteilung von thermischen Speichern
Standardsolarspeicher (Bild)
Temperaturschichtung in einem Speicher
Warum ist eine stabile Temperaturschichtung wichtig?
Wärmeverluste sind niedriger
Der Speicher kann schneller beladen werden
Einzelne Schichten können gezielt für bestimmte Bedarfsdeckungen dienen (z. B. hohes Temperaturniveau für Trinkwarmwasser und mittleres für Heizwasser -> COP der Wärmepumpe erhöht sich!
Durch was wird die Temperaturschichtung beeinflusst?
Volumenströme (Wenn diese zu hoch sind, dann kann die Schichtung nicht aufrechterhalten werden)
Heizstäbe im Speicher
Zu kleiner Speicher für verhältnismäßig zu große Leistungen
Umsetzung
Über temperaturbedingte Dichteunterschiede steigt das entsprechende Wasser in eine Schicht gleicher Temperatur
Silikonklappen
Energiebilan Wärmespeicher
Ohne Schichtung:
Verhalten der Temperaturschichtung
Wärmeleitung zwischen den Schichten
V08
Ziel einer Gebäudesimulation
erlaubt es die Wechselwirkungen der inneren und äußeren Einflüsse auf ein Gebäude (z. B. Außentemperatur, Wind, Verschattung, Nutzerverhalten) realitätsnah mathematisch abzubilden.
So wird es dem Planer ermöglicht, ein Gebäude sowohl aus energetischer als auch ökonomischer Sicht zu optimieren.
Dies gilt für den Entwurf von Neubauten und die Analyse von Altbauten.
Phasen einer Gebäudesimulation
???
Systemtheorie: Definition System
Menge von Elementen (Komponenten).
Ein Gebäude setzt sich aus einer Vielzahl von technischen Komponenten wie Wände, Fenster, Lampen, Heizkörper zusammen.
Das System ist dadurch charakterisiert, dass es zwischen den Komponenten Wechselwirkungen gibt.
Systemtheorie: Definition Komponente
Die kleinste geschlossene Einheit als Bestandteil eines Systems.
Genaue Funktionsweise auf Systemebene nicht entscheidend.
Systemtheorie: Definition Systemgrenze
Schnittstelle zwischen dem System und seiner Umgebung.
In der Gebäudesimulation häufig die Oberfläche der Außenbauteile.
Systemtheorie: Definition Systemzustand
Momentaufnahme des messbaren Zustandes des Systems
Systemtheorie bzw Gebäudesimulation: Definition Zone
Gebäudeabschnitt, für den homogene Zustände (Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit etc.) gelten.
Zone ist die kleinste räumliche Einheit.
Gebäudesimulation: Zonierung
Kriterien
Nutzungsart
Konditionierung
Wirksamkeit von Randbedingungen
Pro Zone gleichverteilte
Quellen und Senken
Raumtemperaturen
Unterscheidung von:
Ein-Zonen-Modellen
Mehr-Zonen-Modellen
Statische vs Dynamische Betrachtung in der Gebäudesimulation und ihre Anwendungen
Statische Betrachtung:
Nur Gleichgewichtsbetrachtung
Häufig Überdimensionierung
Geeignet für schnelle und presiwerte Aussagen (z. B. Energiekosten)
Ungeeigent für zeitabhängige Betriebskosten-Einsparpotenzialanalysen techischer Anlagen
Dynamische Betrachtung
Zeitliche auflösung, berücksichtigen von Verzögerungen und Speichereffekten
Erkennen von Interaktionen zwischen Wetter, Ntzer, Bauphysik und Technik
“Trockentest” für neue Technologien, wie sie sich im Gesamtsystem verhalten und wie effizient das Gesamtsystem ist
Grundsätze der Modellierung
Gewichtung: Gewichtung: Welche Komponenten haben einen starken Einfluss und müssen wie genau modelliert
werden?
Reduktion: Nebensächliche Teilaufgaben soweit
wie möglich reduzieren.
Entkopplung: Elemente trennen, solange eine Trennung der Teilaufgaben die Gesamtlösung nur unwesentlich verschlechtert.
Herausforderungen der Modellierung
Belastbarkeit der Ergebnisse vs. Arbeits --/Rechenaufwand
Unsichere Randbedingungen und Parameter
Bestimmung der Zielgrößen
Detailgrad vs. Anzahl Einflussgrößen
Physikalisch korrekt vs. Instabilitäten
Nachvollziehbarkeit
-> Detailebene passend zur Problemstellung wählen
Sensitivitätsanalyse
Ziel:
Quantifizierung der Änderung der Modellausgabe, die von der Änderung der Modelleingabe verursacht wird
Identifikation der Parameter, für die man besonders genaue Eingangsinformationen braucht
Verständnis des Modellsystems
Beurteilung der Anwendbarkeit des Modells auf bestimmte Fragestellungen
Lokale Sensitivitätsanalyse:
Variation einzelner Parameter
Identifikation wichtiger Einflussgrößen
Methoden
Differentialanalyse
Faktoranalyse
Globale Unsicherheitsanalyse:
Variation aller Parameter „auf einmal”
Monte Carlo (MC) bzw. Quasi Monte Carlo (QMC)
Basierend auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Rechenaufwand bleibt ungefähr gleich
Ü4
Energiebilanz Gebäude
V09
Raumlfttechnische Anlage
Ventilatoren: rund
Wasser-Luft-Wärme-Übertrager: kleine Rechtecke
Luft-Luft-Wärmeübertrager: großes Quadrat
Enthalpietauscher: Schmales Rechteck
Befeuchter: Rechteck mit Wasserlinie
Tröpfchenabscheider: Linie mit diagonalen Strichen
Luftführungsarten
Wieso ist Luftfeuchtigkeit in Räumen relevant?
Behaglichkeit: Ein Teil der Wärmeabgabe des Menschen wird über Feuchteabgabe realisiert (latente Wärme), insbesondere bei großen Aktivitäten oder hohen Raumtemperaturen.
Hygiene/Schimmel: Die wichtigsten Voraussetzungen für Milben und Schimmelpilzwachstum sind eine hohe relative Luftfeuchtigkeit und die Umgebungstemperatur. Die Voraussetzungen werden meist durch zu geringe Luftwechselraten und/oder hohe Feuchtelasten (Bad, Küche) gefördert.
-> Grenzen der relativen Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit der Gebäudekategorie
absoulte und relative Luffeuchtigkeit über das Jahr in Deutschland
Relative Luftfeuchtigkeit
Verhältnis des Dampfdrucks 𝑝𝐷 zum Wasserdampfsättigungsdruck 𝑝𝑠𝐷.
Absoulte Luffeuchtigkeit / Feuchtegehalt / Wasserbeladung
Verhältnis von Wasser bzw. Dampfmasse zu trockener Luftmasse in
einem Kontrollvolumen.
Sättigungsbeladung
Wasserbeladung, bei der der Sättigungsdampfdruck erreicht ist.
Antoine-Gleichung (nur Prinzip)
Berechung des Wasserdampfsättigungsdruck 𝑝𝑠𝐷 in Abhängigkeit der Temperatur
Berechnung vn h_1+X
h _1+x Diagramm
Zustandsänderung Mischen im h_1+x-Diagramm
Zustandsänderung Kühlen/Heizen im h_1+x-Diagramm
V10
Luftkanäle und ihre Aufgaben
Verschiedene Querschnitte: rund, rechteckig
Aufgaben:
Führung von konditionierter Zuluft/Fortluft
Ggf. Dämmung gegenüber Umgebung
Einfache Mineralwolldämmung für heiße Leitungen
Geschlossenporige Dämmung für kalte Leitungen
Dynamischen Viskosität von feuchter Luft
Hinlänglich genau:
Massengewichteter Mittelwert der Viskositäten von trockener Luft und Wasserdampf
Ventilatoren (Aufgabe und Definition)
Aufgabe: Druckerhöhung im Kanalnetz zur Luftförderung
Definition:
„[…] Strömungsmaschinen zur Förderung von Luft und anderen Gasen bis zu Druckerhöhungen von ca. 30.000 Pa.
Bei Druckerhöhungen > 30.000 Pa spricht man von Verdichtern.“
Bauarten von Ventilatoren
Axialventilatoren:
Hohe Volumenströme
Geringe Druckerhöhung
Strömungsrichtung umkehrbar
Radialventilatoren
Geringe Volumenströme
Hohe Druckerhöhung
Ausführungen mit und ohne Gehäuse
Schaufelformen bei Radialventilatoren
Betreibscharakteristik eines Ventilators
Affinitätsgesetze von Ventilatoren
Aerodynamische Leistung und Wirkungsgrad von Ventilatoren
Regelung von Ventilatoren
Einbauten in Luftkanalnetzen
Volumenstromregler
V11
Aufgaben von Wärmeübertragern in der Klimatechnik
Wärmerückgewinnung
Reduktion von Wärme- und Kältebedarfen
In Raumlufttechnichen Analgen: Der Abluft Wärme entziehen und damit die Zuluft vorheizen
Konditioneirung der Raumluft
Heizen
Kühen
Entfeuchten über bspw. kühlen
Arten von Wärmeübertragern in der Klimatechnik
Rekuperatoren (Ström werden getrennt geführt):
Plattenwärmeüberträger (Wärmerückgewinnung)
Lamellen-Rohrbündel-Wärmeübertrager (Konditionierung)
Regeneratoren (Sröme nicht strikt getrennt):
Rotations-Wärmeübertrager / Ljungström-Regenerator (Wärmerückgewinnung)
Stromführungsarten
Gleichstrom
Gegenstrom
Kreuzstrom
Schaltung von gekoppelten Wärmeübertragern
Maximal übertragbare Wärmemengen in den verschiedenen Stromführungsarten
Achtung Fallunterscheidung bei Gegenstromführung -> minimale Temperaturdiffenez kann an zwei Stellen liegen.
Hinweis:
Index 1: Warmer Strom
Index 2: Kalter Strom
Regelverhalten von Wasser-Luft-Wärmeübertragern
Wasser-Luft-Wärmeübertrager (Lufterhitzer) haben ein nichtlineares Regelverhalten: Die Wärmeleistung ändert sich nichtlinear, wenn der Wasserstrom geändert wird. Dies wird ausgedrückt mit dem Koeffizienten a. (Vgl. auch Heizkörperexponent)
Dieses nichtlineares Verhalten wird kompensiert durch nichtlineare Massenstromregelung, z. B. Ventilen mit logarithmischem Verhalten.
Dimensionslose Kennzahl: Betriebscharaktersitik von Wärmeübertarger
BEstimmung von Q_max: Gegenstrom-WÜ mit unendlich großer Fläche, sodass die minimale Temperaturdifferenz quasi null ist.
Logarithmische Temperaturdifferenz
Dimensionslose Temperaturänderung P
Dimensionslose Temperaturdifferenz
Wärmekapazitätsstromverhältnis Z, häufig: R bzw. μ
Number of Transfer Units (NTU), auch kappa
Hier wurde impliziert, dass m1*cp1 kleiner ist als m2*cp2, oder?
Energiebilanzgleichung Wärmeübertrager
Korrekturfaktor F
Zusammenhang der dimensionslosen Kennzahlen
Diagramm für die Betriebscharakterisitk mit den dimesnionslosen Kennzahlen
Berechnung der Betreibscharakteristik
Betreibscharakteristik ist von NTU, Verhältnis der Wärmekapazitätsströme Z und Stromführung abhängig.
V12
Be- und Entfeuchtungsprozesse
Befeuchtung durch Wasserzerstäubung (adiabat) im hx-Diagramm
Befeuchtung durch Wasserdampf im hx-Diagramm
Entfeuchtung durch Kühlung im hx-Diagramm
Entfeuchtung durch Sorption im hx-Diagramm
Luftwäscher
Das Befeuchtungswasser wird aus einem offenen Wasserbecken und mit einer Umwälzpumpe über Düsenstöcke im Befeuchtergehäuse eingebracht.
Ein Teil des versprühten Wassers verdunstet, welches über eine Schwimmersteuerung im Wasserbecken nachgeführt wird.
Kann adiabat, als Kühlwäscher oder als Heizwäscher ausgeführt werden. Im Kühlwäscher kann die Luftfeuchtigkeit sowohl sinken, konstant bleiben oder steigen, abhängig davon, welche Wassertemperatur genutzt wird.
Dampfbefeuchter
Hier speziell: Tragbarer Tauchelektroden-Befeuchter:
Regelung von Luftbefeuchtungsanlagen
Klassifizierung nach Ort des Feuchtefühlers:
Raumluft-Feuchteregelung: Feuchtefühler im Raum
Abluft-Feuchteregelung: Feuchtefühler im Abluftkanal. Die große Distanz zwischen Befeuchter und Feuchtefühler führt zu guter Durchmischung der Luft und erleichtert ein stabiles Regelverhalten.
Zuluft-Feuchteregelung: schwieriger wegen der geringeren Speichermasse zwischen Luftbefeuchter und Feuchtefühler. Sie wird dort eingesetzt wo dies anlagenbedingt erforderlich ist.
Regelung von adiabten Luftbefeuchtern:
Wegen der Lufttemperaturabsenkung ->Feuchteregelung in Verbindung mit einer Temperaturregelung
Taupunktregelung: Regelung: Falls Befeuchtungsleistung nicht stetig regelbar ist. Nachheizregister erforderlich und Befeuchter zwischen Vorerhitzer und Nacherhitzer angeordnet.
Enthalpie-Regelung: Falls stetig regelbare Befeuchtungsleistung möglich ist. Kein Nachheizregister erforderlich. Luft wird bis zum Erreichen der Sollenthalpie erwärmt, danach wird sie befeuchtet.
Regelung Dampfbefeuchter:
Ein Maximal-Hygrostat ist zusätzlich erforderlich. Es hat keine Regelfunktion, sondern dient der Sicherheitsabschaltung im Störfall.
Entfeuchtung durch Kühlung
Kühlung mit Wasserabscheidung (Tropfenabscheider)
Nachwärmer, um Luftkühlung auszugleichen
Kühlmittel: Leitungswasser, künstlich gekühltes Wasser, Sole, Kältemittel
Entfeuchtung durch Adsorption
Adsoportionsrad mit Lamellen aus Keramik, ws mit Silicagel beschichtet ist. besteht aus einer Verbindung aus Keramik und Silicagel. Beim Durchströmen des Sorptionskörpers wird gasförmiges Wasser im Luftstrom vom Silicagel adsorbiert und nach Drehung in den Regenerationssektor durch erhitzte Luft wieder ausgetrieben.
Entfeuchtung durch Absorption
Absorption in verrieselter Lithium-Chorid-Lösung
Raumlufttechnische Anlage
Vorerhitzer - Kühler (mit Entfeuchtung) - Nacherhitzer - Ventilator - Befeuchter
Temperatursensoren nach jeder Temperaturänderung
Dampferzeuger: ur Feuchtigkeitssensor (bei Dampfbefeuchter)
Adiabater Befeuchter: Feuchtigkeits- und Temperatursensor (bzw. Enthalpie)
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