Thermisch aktive Decken können als Sonderfall der bekannten Flächenheiz– und –kühlsysteme wie Fußbodenheizung und Kühldecke verstanden werden. Hauptkomponente sind wie dort in Decken, Böden oder Wänden eingebaute, wasserführende Rohrregister. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Rohre nicht dicht unter der Oberfläche verlegt werden, sondern zwischen oberer und unterer Bewehrung in der Betonschicht. Dadurch wird die speichernde Masse des Gebäudes relativ gleichmäßig temperiert. Durch diese Speicherwirkung ist es möglich, tages- und jahreszeitlich auftretende Lastspitzen
sowohl im Kühl- als auch zunehmend im Heizbetrieb zu dämpfen und einen Teil der anfallenden Lasten in der Gebäudemasse zu speichern. Die Einsatzmöglichkeit für den Heizbetrieb hängt aufgrund der niedrigen möglichen Wärmeabgabe der Bauteile eng mit der
Wärmedämmung des Gebäudes zusammen, hier sind jedoch in Zukunft weitere Verbesserungen zu erwarten.
Inhaltsverzeichnis
2 Häufig verwendete Formelzeichen
3 Einleitung
3.1 Aktueller Stand in der Literatur
4 Aufgabe
5 Methode
5.1 Untersuchungsobjekt
5.2 Zu untersuchende Varianten
5.3 Neue Regelungsstrategie
5.4 Das Simulationsprogramm TRNSYS
5.5 Grundlagen der Rechenverfahren des Simulationsprogramms TRNSYS
5.6 Der Heizfall
5.7 Der Kühlfall
5.8 Langzeitbewertung thermischer Behaglichkeit
5.9 Erforderliche Pumpenantriebsleistung
6 Diskussion der Ergebnisse
6.1 Überprüfung der Raumtemperatur zum Zeitpunkt maximaler Kühllast
6.2 Gebäudekonstanten
6.3 Vergleich zwischen 6 und 9 cm Betonunterdeckung
6.4 Auswertung Modell Hauser
6.5 Getaktete Pumpenlaufzeiten (Varia01 und Varia01a)
6.6 Systemlaufzeit außerhalb der Nutzungszeit (Varia02)
6.7 Regelung der Vorlauftemperatur nach neuer Regelungsstrategie (Varia08)
6.8 Regelung nach einer mittleren Temperatur (Varia09)
6.9 Deckung des Kühlkältebedarfes allein über Grundwassernutzung (Varia07)
6.10 Einfluß durch Entfernen der Trittschalldämmung (Varia03)
6.11 System mit jahreszeitlich konstanter Vorlauftemperatur (Varia04)
6.12 Systemverhalten unter extremen Wetterbedingungen
7 Zusammenfassung und Ausblick
7.1 Weitere Fragestellungen
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht geeignete Regelungsstrategien für thermisch aktive Decken in Bürogebäuden. Ziel ist es, durch den Einsatz von Computersimulationen eine optimale Nutzung von Umweltenergiequellen zu erreichen und dabei das thermische Verhalten des Gebäudes unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu analysieren.
- Simulation und Validierung von Regelungsstrategien für thermisch aktive Decken.
- Untersuchung der Nutzung von Umweltenergie (Grundwasser, Außenluft, Solarenergie).
- Bewertung der thermischen Behaglichkeit mittels PMV- und PPD-Werten.
- Analyse der Energieeffizienz durch Optimierung von Pumpenlaufzeiten und Systemkonfigurationen.
- Einfluss der Gebäudebauweise (schwer vs. leicht) auf das thermische Verhalten.
Auszug aus dem Buch
3 Einleitung
Thermisch aktive Decken können als Sonderfall der bekannten Flächenheiz– und –kühlsysteme wie Fußbodenheizung und Kühldecke verstanden werden. Hauptkomponente sind wie dort in Decken, Böden oder Wänden eingebaute, wasserführende Rohrregister. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Rohre nicht dicht unter der Oberfläche verlegt werden, sondern zwischen oberer und unterer Bewehrung in der Betonschicht. Dadurch wird die speichernde Masse des Gebäudes relativ gleichmäßig temperiert. Durch diese Speicherwirkung ist es möglich, tages- und jahreszeitlich auftretende Lastspitzen sowohl im Kühl- als auch zunehmend im Heizbetrieb zu dämpfen und einen Teil der anfallenden Lasten in der Gebäudemasse zu speichern.
Die zwischengespeicherte Energie kann in Zeiten außerhalb der Betriebszeit unter Ausnutzung der energetisch günstigen Nachttemperaturen abgeführt werden. Durch diese Dämpfung und Vergleichmäßigung der Lasten können gebäudetechnische Anlagen kleiner und energetisch günstiger ausgelegt werden. Die Thermisch aktive Decke ist ein System zur Temperierung von Gebäuden mit relativ niedrigen Heiz- und Kühllasten und relativ konstanten inneren Lasten. Plötzliche Schwankungen von inneren und äußeren Klimaeinflüssen können nur sehr langsam ausgeglichen werden.
Es ist mit thermisch aktiven Bauteilen nicht möglich, einen definierten Raumzustand exakt einzuhalten, wohl jedoch eine gewisse Bandbreite, die im Normalfall den Anforderungen der meisten Benutzer über einen weiten Zeitraum des Jahres genügt. Auch bei höheren Anforderungen muß nicht auf den Einsatz der Bauteile verzichtet werden, da sich dann eine Grundlast durch das Bauteilsystem und die Spitzenlast durch ein zusätzliches, schnelles System abdecken läßt.
Zusammenfassung der Kapitel
3 Einleitung: Diese Einleitung definiert thermisch aktive Decken als Speichersysteme zur Temperierung von Gebäuden und erläutert deren Vorteile bei der Lastdämpfung und der Nutzung von Umweltenergie.
4 Aufgabe: Hier wird das Ziel beschrieben, verschiedene Regelungsstrategien unter Nutzung des Simulationsprogramms TRNSYS zu untersuchen, um eine optimale Einbindung von Umweltenergiequellen zu ermöglichen.
5 Methode: Dieses Kapitel detailliert das Gebäudemodell, das Wettermodell sowie das Nutzungsmodell und erläutert die mathematischen Grundlagen, die dem Simulationsprogramm TRNSYS zugrunde liegen.
6 Diskussion der Ergebnisse: Hier werden die Simulationsergebnisse verschiedener Regelungsstrategien evaluiert, wobei Aspekte wie Raumtemperaturverläufe, thermische Behaglichkeit und Pumpenlaufzeiten im Fokus stehen.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Der abschließende Teil fasst die wesentlichen Erkenntnisse zur Regelgüte und Energieeffizienz zusammen und skizziert weiteren Forschungsbedarf, etwa zur Optimierung der Jahresenergiebilanz.
Schlüsselwörter
Thermisch aktive Decken, Regelungsstrategie, Computersimulation, TRNSYS, Umweltenergie, Gebäudeautomation, thermische Behaglichkeit, Lastdämpfung, Gebäudemasse, Raumkonditionierung, Pumpenlaufzeit, Energieeffizienz, Grundwassernutzung, Lastspitzen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Konzept dieser Arbeit?
Die Arbeit untersucht, wie thermisch aktive Decken in Bürogebäuden geregelt werden müssen, um eine effiziente Temperierung zu gewährleisten und dabei gezielt Umweltenergien einzubinden.
Welche Hauptthemenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Anlagensimulation, der energetischen Optimierung durch verschiedene Regelungsstrategien, der thermischen Behaglichkeit und dem Einfluss der Gebäudebauweise.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Identifizierung von Regelungsstrategien, die eine optimale Energieausnutzung ermöglichen, ohne den thermischen Komfort der Nutzer zu beeinträchtigen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird die dynamische thermische Gebäude- und Anlagensimulation mit dem Softwarepaket TRNSYS genutzt, um verschiedene Szenarien (Varianten) zu testen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden diverse Varianten der Systemsteuerung, wie getaktete Pumpenlaufzeiten, die Nutzung von Grundwasser oder unterschiedliche Vorlauftemperaturen, systematisch simuliert und deren Auswirkungen verglichen.
Welche Schlüsselwörter beschreiben diese Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Betonkernaktivierung, thermische Simulation, Behaglichkeitsbewertung und energieeffiziente Regelung charakterisieren.
Warum ist die Gebäudemasse für das untersuchte System so entscheidend?
Die Gebäudemasse dient als Wärmespeicher, was die Dämpfung von Lastspitzen ermöglicht, aber auch eine gewisse Trägheit des Systems bei plötzlichen Lastwechseln mit sich bringt.
Welche Rolle spielt die Pumpenlaufzeit bei der Systembewertung?
Die Pumpenlaufzeit ist ein direkter Indikator für den Energieaufwand. Die Arbeit zeigt, dass ein hoher thermischer Komfort oft mit einem höheren Aufwand an Pumpenenergie erkauft wird.
Warum ist eine Vorlauftemperaturregelung nur nach Taupunkttemperatur laut Arbeit problematisch?
Der Autor stellt fest, dass eine rein auf der Taupunkttemperatur basierende Regelung bei wechselnden Lasten und Personenfeuchte ein Sicherheitsrisiko für Taupunktunterschreitungen an der Deckenoberfläche birgt.
Wie lässt sich laut Arbeit die Regelgüte bei den untersuchten Systemen verbessern?
Eine deutliche Verbesserung lässt sich durch die Einbeziehung der Rücklauftemperatur zur Bildung einer mittleren Medientemperatur erreichen, da so Störfaktoren in der Regelstrecke besser kompensiert werden können.
- Quote paper
- Tobias Bendel (Author), 1999, Untersuchung geeigneter Regelungsstrategien für thermisch aktive Decken in Bürogebäuden mit Hilfe der Computersimulation und dem Ziel der Nutzung von Umweltenergie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185273
