Innovative Simulationen von pgg blueberg

12. Dezember 2012

 

Luft-/Erdwärmetauscher AULln Büro- und Verwaltungsgebäuden, Werkhallen, Einkaufszentren oder ähnlich zu definierenden Gebäuden gelten maschinell betriebene Lüftungsanlagen als reguläre raumlufttechnische Einrichtung. Die bei der maschinellen Raumluftkonditionierung durch Zwangskonvektion umgesetzten Energiemengen können durch den zusätzlichen Einsatz von AUL (EWT) deutlich reduziert werden.Insbesondere nehmen die sommerlichen Überhitzungen der Räume bei steigender thermischer Wirksamkeit von inneren Wärmequellen in Form […]


Luft-/Erdwärmetauscher AUL

ln Büro- und Verwaltungsgebäuden, Werkhallen, Einkaufszentren oder ähnlich zu definierenden Gebäuden gelten maschinell betriebene Lüftungsanlagen als reguläre raumlufttechnische Einrichtung. Die bei der maschinellen Raumluftkonditionierung durch Zwangskonvektion umgesetzten Energiemengen können durch den zusätzlichen Einsatz von AUL (EWT) deutlich reduziert werden.

Insbesondere nehmen die sommerlichen Überhitzungen der Räume bei steigender thermischer Wirksamkeit von inneren Wärmequellen in Form von Personen, Computern, technischen Geräten und thermischen Fertigungsprozessen verstärkt zu. Die notwendige Energie- und kostenintensive Abfuhr von Kühllasten gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung. Die besonders guten Eigenschaften von AUL, eignen sich deshalb besonders gut zur Raumluftkonditionierung (unterstützend) und deshalb zur Einhaltung/Vorgaben der Raumlufttemperaturgrenze (26 °C gemäß der Arbeitsstättenverordnung).

Erdverlegte Rohre sind ein hervorragendes Mittel für die natürliche Klimatisierung von Gebäuden. ln Mitteleuropa hat das Erdreich über das Jahr eine nahe­ zu konstante Temperatur von 8 bis12°C. Wird Luft durch im Erdreich verlegt Rohre geleitet, so wird diese im Winter vorgewärmt, im Sommer je nach Auslegung des Erdkanals um bis zu BK gekühlt. ln vielen Gebäuden kann damit auf eine aktive Klimatisierung verzichtet werden.
Für die Auslegung von Erdregistern stehen unterschiedliche Programme zur Verfügung. Die Auslegung der Erdregister erfolgt bei blueberg mit demSimulationsprogramm TAS, das bereits in mehreren Projekten, die in den vergangenen Jahren realisiert wurden, seine Leistungsfähigkeit bestätigen konnte. Ein eiteres Programm für die Auslegung wäre GAEA, das von der FH Siegen entwickelt wurde.

Funktionsweise:
Luft-/Erdwärmetauscher AUL nutzen das Erdreich als saisonalem Energiespeicher. Sie werden zur Erwärmung oder Kühlung der Zuluft eingesetzt. Die grundsätzliche Funktionsweise eines AUL ist, dass Umgebungsluft durch ein im Erdboden verlegtes Rohrsystem fließt. Die Luft tauscht dabei durch die Rohrwände Wärme mit dem umgebenden Erdreich aus. Am Ausgang des Systems wird die Luft in das Lüftungssystem eines Gebäudes geleitet und trägt dort zur Heizung oder Kühlung bei. Die Theorie zur Beschreibung von AUL umfasst also hauptsächlich Wärmeübertragungsprozesse und Strömungsmechanik.

Die Planung und Auslegung von Luft-/Erdwärmetauscher erfordert geeignete Hilfsmittel, um das komplizierte Temperaturfeld im Erdreich mit ausreichender Genauigkeit abbilden zu können. Da die Wärmestromdichten im Erdreich und der Wärmeübergang zwischen der Luft im Luft-/Erdwärmetauscher und dem umgebenden Erdreich gering sind, ist sowohl eine detaillierte Abbildung  des Erdreichs als auch die Modeliierung des Wärmeübergangs im Luft­/Erdwärmetauscher erforderlich. Blueberg verwendet aus diesem Grund zur genauen Auslegung des AUL entsprechende Simulationsprogramme. Die Ergebnisse werden bei Bedarf mit  Betriebserfahrungen von realisierten AUL (Luft­/Erdwärmetauschern)  verglichen. Möglichkeiten und Grenzen von Luft­/Erdwärmetauschern werden anhand von Praxis und Simulationsrechnungen bewertet.

Simulation:
Bei der Berechnung wird ein analytisches Modell verwendet, um die Temperatur entlang eines Rohres des EWT während dessen Betriebs zu bestimmen. Die Berechnungen beruhen auf einer Abschätzung für die jahreszeitliche Änderung der Erdreichtemperatur in verschiedenen Bodenschichten. Wärmeübertragungskoeffizienten zur Bestimmung des Wärmeflusses zwischen Luft, Rohr und Erdreich werden aus Materialwerten, Strömungseigenschaften und geometrischen Kenngrößen ermittelt.

Bei der Simulation wird Folgendes berücksicht:
•  die absorbierte Globalstrahlung,
•  die langwelligen Abstrahlungen,
•  der latente Wärmestrom infolge von Verdunstung und Tauwasserbildung
•  der konvektive Wärmetransport  zwischen Erdreich und Umgebung  und der Wärmeleitung zwischen Erdreich und Erdoberfläche

ln der Nähe von Gebäuden werden folgende Faktoren berücksichtig:
• Aufbau und Struktur des Erdreichs,
• Feuchtigkeitstransport im Erdreich,
• thermo-hydraulische Eigenschaften des Grundwassers,
• der thermische Austausch an der Erdoberfläche,
• das Klima (Solarstrahlung,  (Luft-)Temperatur, Luftfeuchtigkeit,  Niederschlag, Wind),
• der Einfluss eines Gebäudes auf das Erdtemperaturfeld
• Luft-/Erdwärmetauscher  in unterschiedlichen Größen,
• Geometrien,
• Anordnungen und Verlegetiefen.

Das Erdtemperaturfeld stellt sich in Abhängigkeit der Stoffwerte des Erdreichs sowie den Randbedingungen  an der Erdoberfläche  und am Grundwasser ein. Die Lufttemperatur im Luft-/Erdwärmetauscher ist von der Wärmeübertragung im und vom treibenden Temperaturgradienten am Erdrohr abhängig. Erd- und Lufttemperatur sind über den Wärmestrom gekoppelt.

Folgendes trägt zur Optimierung der Gebäude bei:
– Dynamische Wetterdaten
– Betonkernaktivierung (Nutzung der Gebäudemassen zur Temperaturregulierung)
– Erdpendelspeicher (Nutzung der Bodenwärme)
– Free Cooling (Optimierung von Kühlanlagen zur Senkung der Betriebskosten)
– Thermal Analysis Software
– Strömungssimulation
– Bauphysikalische Sondersoftware


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Die neue „Angewandte“ auf der Wiener Ringstraße wird durch pgg blueberg optimiert. Fotoquelle: Wolfgang Tschapeller ZT GmbH

Quelle:
Planungsgruppe Grünbichler GmbH: www.pgg.at
pgg blueberg control GmbH: www.blueberg.eu


 
       

Lesen Sie mehr zur Energieeffizienzoptimierung durch pgg blueberg, sowie zum Projekt UAK – die neue Universität für angewandte Kunst, in den angehängten pdf-Files:

 
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