Was bringt die EnEV 2014 für den Einsatz von - Energiekonsens

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Was bringt die EnEV 2014 für den Einsatz von Lüftungsanlagen?
Dipl.-Ing. Heiko Schiller
schiller engineering
Hamburg
www.schiller-engineering.com
[email protected]
[1]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Auswirkungen der Wetterdaten und Primärenergiefaktoren
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Wetterdaten:
•
Neue Wetterdatenbasis (TRY 2011) berücksichtigt die Klimaaufzeichnungen 1988 – 2007
mit den darin enthaltenen Extremsommern
•
Referenz-Klimastation: Potsdam statt bisher Würzburg
•
Nutzenergiebedarfs-Kennwerte RLT-Kälte steigen um ca. 10 – 22 % an, WärmeKennwerte sinken geringfügig, analog zur Raumheizung
Primärenergiefaktoren:
•
Stromfaktor bisher 2,6
•
EnEV 2014: Primärenergiefaktor Strom = 2,4, ab 2016 abgesenkt auf 1,8
•
Folge: Elektro-Energiebedarf für Ventilatoren und elektrische Kompressions-
Kältemaschinen wird geringer gewichtet
•
[2]
Folge: Für Absorptionskältemaschinen nehmen die primärenergetischen Nachteile zu.
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[3]
-4
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Dezember
November
Oktober
September
August
4
Juli
Juni
0
Mai
TRY 1986
TRY 2011
April
12
März
16
Februar
20
mittlerer monatlicher Wasserdampfgehalt [g/kg]
24
Januar
Dezember
November
Oktober
September
4
August
8
Juli
Juni
Mai
April
März
Februar
Januar
mittlere monatliche Außentemperatur [°C]
Klimadaten (Monats-Mittelwerte) im Vergleich
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20
16
12
8
TRY 1986
TRY 2011
0
Unterschied Wohngebäude - Nichtwohngebäude
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Wohngebäude
Nichtwohngebäude
Normenteil:
DIN V 18599 – 6
DIN V 4701 - 10
DIN V 18599 – 3 und - 7
Techniken:
•
•
•
•
Seriengeräte
Hoher Standardisierungsgrad
Geprüfte Produktkennwerte
Bauaufsichtliche Zulassung
•
•
•
Zentrale Abluftanlage
•
Referenztechnik:
•
•
[4]
Individuell konfigurierte Geräte
Breite Anwendungsfälle und
Auslegungskriterien
Keine geprüften Produktkennwerte
Natürlich oder mechanisch belüftet: wie
das zu errichtende Gebäude
Wenn RLT-Anlage, dann:
 WRG mit Rückwärmzahl 60 %
 SFP-Werte: 1,5 (ZUL) und 1,0
(ABL) kWs/m³
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Änderungen Referenzgebäude-Ausstattung
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Nichtwohngebäude Anlage 2, Tabelle 1: Raumlufttechnik
• „Soweit für Zonen der Nutzungen 4, 8, 9, 12, 13, 23, 24, 35, 37 und 40 eine Zu- und Abluftanlage vorgesehen
wird, ist diese mit bedarfsabhängiger Luftvolumenstromregelung gemäß DIN V 18599-7: 2011-12 Abschnitt 5.8.1
auszulegen.“ -> Rückkopplung der Einzelanforderungen aus § 15
• Die Halbierung des Kühl-Primärenergiebedarfs für bestimmte Nutzungen (z. B. Büros) bleibt bestehen.
• „Für den Referenzfall ist die Einrichtung zur Luftbefeuchtung wie beim zu errichtenden Gebäude anzunehmen“ > keine Benachteiligung von elektrisch beheizten Dampfbefeuchtern
Wohngebäude Anlage 1, Tabelle 1: Lüftung
• keine Änderung zur EnEV 2009
Verschärfung der EnEV findet über die Abschlagsfaktoren für den Jahres-Primärenergiebedarf statt
Einzelanforderungen nach § 15 bleiben unverändert bestehen.
[5]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Inspektion von Klimaanlagen
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•
Inspektionspflicht gemäß §12 bleibt in allen Punkten bestehen
•
NEU: Inspektionsberichte werden analog zu den Energieausweisen in das
Qualitätssicherungssystem aufgenommen.
[6]
•
§26c: zentrale Registrierung der Inspektionsberichte
•
§26d: Stichprobenkontrollen der Inspektionsberichte durch Kontrollstellen auf Landesebene
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DIN V 18599 Teil 2: Änderungen im Bereich der natürlichen Lüftung
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Infiltration: hüllflächenbezogene statt volumenbezogene Luftdurchlässigkeiten
•
Neu: Für Gebäude > 1.500 m³ Volumen gilt
wodurch die bisherige Benachteiligung großer Gebäude beseitigt wird
•
q50 Hüllflächenbezogene Luftdurchlässigkeit in m³/(h m²)
•
Die Infiltrationsvolumenströme werden mit zunehmenden Gebäudevolumen geringer
Saisonale Luftwechsel bei Fensterlüftung:
•
Das Nutzerverhalten wird besser modelliert: Luftwechsel abhängig von der
Außentemperatur
•
[7]
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Einfluss der hüllflächenbezogenen Infiltration
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Modellrechnung:
• Geometrisches Verhältnis L:B:H = 2:1:1
• „Kategorie II: zu errichtende Gebäude oder Gebäudeteile, bei denen keine Dichtheitsprüfung vorgesehen ist“
n50 bisher 4,0 h-1
4,50
4,00
Luftwechsel n50 [1/h]
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000 100.000
beheiztes Volumen [m³]
[8]
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Auswirkungen des saisonalen Luftwechsels
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1,80
fwin,seasonal
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
JAN
FEB
MRZ
JAN
FEB
APR
MRZ
MAI
APR
MAI
JUN
JUN
JUL
JUL
AUG
AUG
OKT
OKT
NOV
NOV
DEZ
DEZ
Lüftungswärmeverlust mit saisonalem Einfluss
W/(m³/h)
Lüftungsverlust ohne saisonalen Einfluss
SEP
SEP
JAN
[9]
FEB
MRZ
APR
MAI
JUN
JUL
AUG
SEP
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
OKT
NOV
DEZ
Neuerungen in DIN V 18599 – 6
Wohnungslüftungsanlagen
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Zuluftanlagen:
•
Berücksichtigung von Erdreich-Luft-Wärmeübertragern
•
Berücksichtigung von Erdreich-Sole-Luft-Wärmeübertragern
•
Berücksichtigung von Solar-Luft-Wärmeübertragern
Kühlung in Wohnungslüftungsanlagen / Wohnungen:
•
Berechnungsvorschriften für Übergabe, Verteilung, Speicherung, Erzeugung in Anlehnung an
DIN V 18599 – 7
•
„Teilkühlung / Teilkühlfaktor“: beschreibt den Effekt, dass nicht die kompletten Fläche einer
Zone gekühlt wird
•
„Ankühlung / Ankühlfaktor“: beschreibt den Effekt, dass die Kühllast nicht vollständig gedeckt
werden kann, z. B. durch technische Grenzen wie Luftvolumenstrom oder FußbodenKühlleistung oder die Erzeugerleistung (z. B. Erdreich-Luft-WÜT)
•
[10]
Erweiterung der Nutzungsrandbedingungen in DIN V 18599 – 10 für den Sommerfall
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Kälteerzeugungsvarianten in DIN V 18599 – 6
Wohnungskühlung
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•
•
•
Reversible Wärmepumpen

Außenluft-Wasser-WP

Abluft-Zuluft-WP
Kompressionskältemaschinen

Kaltwassersätze

Direktverdampfer (Splitgeräte)
Absorptionsmaschinen und Adsorptionsmaschinen analog DIN V 18599 – 7 (bis 200 kW) für
Nichtwohngebäude
[11]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Modell der bedarfsgerechten Lüftung (Nichtwohngebäude)
Übernahme aus DIN V 18599 Teil 100
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personenabhängiger
Volumenstromanteil
gebäudeabhängiger
Volumenstromanteil
Faktor Gebäudebetriebszeit
berücksichtigt Präsenz
•
Faktor für relative Abwesenheit
berücksichtigt Luftqualität
Die Faktoren FRLT und cRLT ergeben sich aus der regelungstechnischen Ausstattung und dem
Nutzungsprofil (DIN V 18599 Teill 10).
•
Der gebäudeabhängige Volumenstromanteil ergibt sich aus dem Nutzungsprofil (Normenteil 10).
Beispiel
[12]
FRLT
cRLT
Einzelbüro, Präsenz
4,0
2,5
0,7
0
Einzelbüro, Präsenz+Luftqualität
4,0
2,5
0,7
0,3
Großraumbüro, Präsenz
6,0
2,5
1,0
0
Großraumbüro, Präsenz Luftqualität
6,0
2,5
1,0
0,2
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Bedarfsgerechte Lüftung
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Fensterlüftung:
•
wird hinsichtlich der Präsenz generell als „bedarfsgerecht“ betrachtet
•
bedarfsgerechte Lüftung hinsichtlich der Luftqualität ist an technische Voraussetzungen
gekoppelt: Sensorik, Automation von Klappen o. ä.
Wohnungslüftungsanlagen:
•
Vereinfachter Ansatz: Vorgabe eines reduzierten nutzungsbedingten Mindestluftwechsels
(„nicht bedarfsgerecht“ / „bedarfsgerecht“) in DIN V 18599 Teil 10
[13]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Neuerungen in DIN V 18599 Teil 3 und Teil 7
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 Ergebnisse des Forschungsvorhabens regenerative Kühltechnologien wurden in die Vornorm
DIN V 18599 Teile 3 und 7 Ausgabe 12 / 2011 eingearbeitet.
 Kooperation ILK Dresden (Schwerpunkt Kälteerzeugung) und schiller engineering (Schwerpunkt
Luftprozesse)
 mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft –Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und
Raumforschung gefördert (Aktenzeichen SF-10.08.18.7.10.7 / II 3 – F20-10-022).
 Laufzeit 2010 - 2011
 Übernahme der Ergebnisse in die novellierte Berechnungsnorm DIN V 18599 Ausgabe 12/2011
[14]
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Verdunstungseffekt im Mollier-h,x-Diagramm
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10 %
20 %
30 %
40 %
50 %
60 %
70 %
80 %
30
90 %
100 %
25
70
65
60
20
55
50
45
15
∆ℎ
= 𝑐𝑤 ∙ 𝜗𝐺
∆𝑥
40
35
10
Die Verdampfungsenthalpie von Wasser beträgt ca. 2.500 kJ/kg.
30
Um also 1 l Wasser von 100 °C bei normalen
25
Umgebungsbedingungen zu verdampfen, ist ein Energieeinsatz
h = 20 kJ/kg
5
von 2.500 kJ bzw. 0,7 kWh notwendig.
15
0
0
[15]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Wassergehalt in g/kg
12
13
14
15
16
17
18
19
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Potenzial für die direkte Verdunstungskühlung
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10 %
40
20 %
30 %
40 %
50 %
60 %
35
70 %
80 %
30
90 %
100 %
25
70
65
60
20
55
50
45
Temperatur in °C
15
40
Schwülegrenze (unbekleidete Personen)
35
10
30
25
5
h = 20 kJ/kg
15
0
10
maximaler Wasserdampfgehalt der Zuluft
5
-5
0
-10
-5
-10
-15
-15
0
[16]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Wassergehalt in g/kg
12
13
14
15
16
17
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
18
19
Schaltungsbeispiel für die indirekte („adiabate“)
Verdunstungskühlung
schiller engineering
9
8
7
6
Gebäudezone
1
[17]
2
3
4
5
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Prozessverlauf im Mollier-h,x-Diagramm
schiller engineering
10 %
20 %
30 %
40 %
40
50 %
60 %
35
1
70 %
9
80 %
8
30
90 %
6
100 %
25
70
2
65
7
20
60
55
5
3,4
50
1
Außenluft
2
Wärmerückgewinner
3,4
Kühler
5
Zuluft
6
Abluft
7
Abluftbefeuchter
8
Wärmerückgewinner
45
15
40
35
10
30
25
5
h = 20 kJ/kg
15
0
10
5
-5
0
0
[18]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Wassergehalt in g/kg
12
13
14
15
16
17
18
19
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5
7
Berechnung mit Abschlagsfaktor fIEC
9
schiller engineering
11
13
15
• Voraussetzung: WRG ohne
Feuchteübertragung
• Berücksichtigung der Rückwärmzahl
• Berücksichtigung der Zuluftfeuchte
• Umrechnung auf Zuluft-Solltemperatur
• Rechenvorschrift für Reduzierung der
21
1
Anlagen-Variantennr. nach DIN V 18599 (Anhang A)
die indirekte Verdunstungskühlung
23
3
25
5
27
7
29
9
31
11
33
13
35
15
37
17
39
19
maximalen Kälteleistung
41
21
DIN V 18599 (Anhang A)
[19]
43
23
45
25
27
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29
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
• Abschlagsfaktor auf den Kältebedarf für
0,30
19
0,10
Umsetzung in DIN V 18599 – 3:
0,00
17
0,20
rel. Einsparung beim Kältebedarf (1- f IEC) durch indirekte
Verdunstungskühlung
[-]
Sorptionsgestützte Kühlung / DEC-Technik
schiller engineering
12
11
10
9
8
Sorptionstrockner
13
1
[20]
Gebäudezone
2
3
4
5
6
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7
Prozessverlauf des sorptionsgestützten Klimaprozesses im
Mollier-h,x-Diagramm
schiller engineering
80
75
10 %
70
11
65
60
20 %
13
55
12
50
2
30 %
45
40 %
10
40
1
2
35
1
30
3
8
3
4,5
25
9
7
20
55
6
15
60
70
65
50
50 %
60 %
70 %
80 %
90 %
100 %
Außenluft
Absorption
Wärmerückgewinner
6
Zuluftbefeuchter
7
Zuluft
6
Abluft
9
Abluftbefeuchter
10
Wärmerückgewinner
11
Regenerations-Erhitzer
12
19
Desorption
45
40
35
10
30
25
h = 20 kJ/kg
5
15
0
10
5
-5
0
0
[21]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Wassergehalt in g/kg
12
13
14
15
16
17
18
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Berechnungsmodell für die sorptionsgestützte Klimatisierung
schiller engineering
Energetische Effekte:
• Der Kältebedarf reduziert sich durch die indirekte Verdunstungskühlung.
• Je nach Solltemperatur und Sollfeuchte kann der verbleibende Kältebedarf ganz oder teilweise
durch den Einsatz von Wärme substituiert werden
• Der Nachheizbedarf bei der sommerlichen Entfeuchtung entfällt
Technische Voraussetzungen:
• Wärmerückgewinner mit Rückwärmzahl > 70 %,
• Verdunstungsbefeuchter in Zuluft und Abluft,
• Sorptionstrockner
Grundsätzliche Idee für den Berechnungsansatz:
• Definition einer Leistungsziffer analog einer Absorptions-Kältemaschine („Wärmeverhältnis“)
[22]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Berechnungsvorschrift für sorptionsgestützte Klimaprozesse
nach DIN V 18599 - 3
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Kühlenergiebedarf:
Qv ,c,DEC,mth  fc,DEC  fIEC  Qv ,c,mth
Heizenergiebedarf:
Q v ,h,DEC,mth 
[23]
1fc,DEC  fIEC  Q
DEC
v,c,mth
 fh,DEC  Q v ,h,mth
Qv,h,DEC,mth
monatlicher Nutzenergiebedarf Wärme
Qv,c,mth
monatlicher Nutzenergiebedarf Kälte einer konventionellen RLT-Anlage
Qv,h,mth
monatlicher Nutzenergiebedarf Wärme einer konventionellen RLT-Anlage
ξDEC
Wärmeverhältnis einer sorptionsgestützten RLT-Anlage
fC,DEC
Reduktionsfaktor Nutzkälte für sorptionsgestützte RLT-Anlagen
fIEC
Reduktionsfaktor Nutzkälte durch indirekte Verdunstungskühlung
fh,DEC
Reduktionsfaktor Nutzwärme für sorptionsgestützte RLT-Anlagen
Qv,c,DEC,mth
monatlicher Nutzenergiebedarf Kälte einer sorptionsgestützten
Klimaanlage (Nachkühlung).
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?
Vorteile der sorptionsgestützten Klimatisierung
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• Maschinell erzeugte Kälte wird weitgehend durch den Einsatz von Wärme substituiert
• Wärme wird auf einem niedrigeren Temperaturniveau benötigt, als bei
Absorptionskältemaschinen
• Der Fortluftstrom wird zur Desorption verwendet – keine zusätzlichen
Rückkühleinrichtungen notwendig
• Der Heizbedarf fällt zeitlich mit hohen Außentemperaturen / Sonneneinstrahlung
zusammen (Solarthermie)
• Sorptionsrotor kann für zusätzliche Energierückgewinnung im Winter herangezogen
werden
[24]
Bremer EnEV-Forum 08.05.2014: Was bringt die EnEV 2014 für Lüftungsanlagen?

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