SIMULATION HEIZ- UND KÜHLFLÜGEL MIT

Fifth German-Austrian IBPSA Conference
RWTH Aachen University
SIMULATION HEIZ- UND KÜHLFLÜGEL MIT LATENTWÄRMESPEICHER ZUR
KLIMATISIERUNG EINES WOHNGEBÄUDES
Nadège Vetterli1, Iwan Plüss1 , Urs-Peter Menti1, Ludger Fischer2 und Jörg Worlitschek2
1
Zentrum für Integrale Gebäudetechnik (ZIG), Hochschule Luzern Technik & Architektur,
Luzern, Schweiz
2
Kompetenzzentrum für thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik, Hochschule
Luzern Technik & Architektur, Luzern, Schweiz
ZUSAMMENFASSUNG
Die Hochschule Luzern (HSLU) hat an der
Entwicklung beweglicher Fassadenelemente, welche
einen
Beitrag
zum
Klimatisieren
eines
Wohngebäudes
liefern,
mitgearbeitet.
Die
Fassadenelemente enthalten LatentwärmespeicherModule, welche mit einem sogenannten „Phase
Change Material“ (PCM) gefüllt sind. Mit der
Luftströmung durch die verschiedenen PCM-Module
wird die Wärme oder die Kälte aus vom
Fassadenelement zum Gebäude transportiert. Im
Gebäude wird die Energie zum Heizen bzw. Kühlen
verwendet.
Somit
können
ca.
9%
des
Nutzenregiebedarfs für die Heizung resp. 16% für die
Kühlung eingespart werden (für ein Standardjahr der
Klimastation Vaduz). Zur Optimierung des
Energiesparpotentials wurde eine thermische
Gebäudesimulation durchgeführt. Somit konnte die
optimale Steuerungsstrategie für die Flügel entwickelt
werden.
ABSTRACT
The Lucerne University of Applied Science and Art
was involved in the development of movable surfaces
which can be used for the heating or cooling of a
residential building in Vaduz. These orientable wings
are integrated in the building's façades and filled with
phase change materials (PCM), so that they can
accumulate latent heat. Air circulating through thin
pipes within the volume filled with PCM acts as
transport medium of the accumulated heating or
cooling energy to and from the building. This
technology will allow to reduce the total annual
heating and cooling demand in thermal energy by 9%
and 16% respectively. The orientation of the wings as
well as the regulation of the circulating air inside the
pipes was optimized by numerical building
simulation.
aus einem beweglichen Fassadenelement, welches
Energie gegenüber der Umgebung aufnehmen bzw.
abgeben kann, diese in einem Latentspeicher (PCM)
zwischenspeichert und mit der Raumluft austauscht.
So liefert dieses Fassadenelement einen Beitrag zum
Heizen bzw. Kühlen des Gebäudes. Von den
insgesamt sieben Flügeln werden vier Flügel zur
Speicherung von Wärme verwendet. Drei Flügel sind
für die Speicherung von Kälte ausgelegt.
Entsprechend sind die Flügel mit unterschiedlichem
PCM (unterschiedlicher Schmelzpunkt) befüllt. Alle
Flügel können aus der Gebäudefassade ausgeklappt
werden, um Kälte oder Wärme mit der Umgebung
auszutauschen (Gewinnen von solarer Energie,
Abstrahlen gegen den kalten Nachthimmel). Zum
Austausch der gewonnenen Energie mit dem
Gebäude werden die Flügel an das Gebäude angelegt.
In der Abbildung 1 ist eine 3D-Ansicht des Gebäudes
dargestellt. Die Flügel werden für die Erhöhung des
Komforts in der Attikawohnung genutzt. In der
Abbildung 2 ist schematisch dargestellt, wie die
Wärmeübergabe zwischen den Lüftungsgeräten
(RTL), den Flügel (PCM) und den Räumen im
Dachgeschoss stattfinden wird.
Als Austauschmedium dient die Raumluft. Diese
wurde gewählt, da ein möglichst direkter und umfassender Nutzen angestrebt wurde. Es sollte auf
weitere Wärmeübertrager verzichtet werden, da der
jeweils
auftretende
thermische
Widerstand
insbesondere das Potenzial der Kühlflügel in wesentlich reduziert hätte.
Attikawohnung
(Dachgeschoss)
EINFÜHRUNG
Das Active Energy Building in Vaduz (Liechtenstein)
nutzt regenerative Energien um energieautonom zu
sein. Die zum Patent angemeldete Innovation besteht
- 279 -
Heizflügel
Abbildung 1: 3D-Ansicht des gesamten
Wohngebäudes
Fifth German-Austrian IBPSA Conference
RWTH Aachen University
PCM-o-02
PCM-o-03
total 15 m2
3
4. OG
«wohnen»
RLT 1
Norden
130 m /h
Osten
130 m3/h
RLT 2
Süden
PCM-o-01
RLT 2
3. OG
«schlafen»
Westen
PCM-o-04
PCM-o-05
PCM-o-06
total 24 m2
PCM-o-07
Abbildung 2: Grundriss des Dachgeschosses mit
schematischer Darstellung der Verbindung zwischen
den Flügeln und den Räumen oder Lüftungsgeräten
(RLT). Die Dachwohnung beträgt ca. 450 m².
Heizflügel
Die Heizflügel sind auf der Westseite des Gebäudes
angeordnet und öffnen sich bei vorhandener
Solarstrahlung in Süd-Richtung mit einem Winkel
von 18° (aus Sicht Vertikalachse). Die Ausrichtung
der Flügel folgt dem Sonnenlauf, so dass die Nutzung
der Solarstrahlung immer maximal ist.
Die Heizflügel sind ähnlich wie Solarkollektoren
aufgebaut, so dass auch im Winter hohe Energiedichten und Temperaturen erzielt werden können.
Wenn die Speicher geladen sind, legen sich die
Flügel bei bewölktem Himmel oder bei Einbruch der
Dämmerung an das Gebäude an. Dann werden die
Flügel mit Luft durchströmt, welche die Wärme in die
Wohnung bringt. Der Einsatz der Heizflügel findet
vor allem im Winter und in der gesamten
Übergangsperiode statt.
Die Heizflügel sind mit einem Solarglas bedeckt. In
den Hohlräumen zwischen dem Solarglas und den
Aluminiumprofilen, welche das PCM enthalten,
befinden sich die Lüftungskanäle. In der Abbildung 3
ist eine Schnitt durch einen Heizflügel, im an die
Fassade angelegten, geschlossenem Zustand,
dargestellt.
Die Heizflügel werden mit der Lüftungsanlage
verbunden. Dabei strömt die Frischluft, welche
zuerst mit Hilfe des Wärmeübertragers mit der
Abluft vorgewärmt wird, durch die Flügel und
nimmt zusätzliche Wärme auf. Anschliessend wird
die aufgeheizte Frischluft in die verschiedenen
Räume eingeblasen. Das Lüftungsprinzip mit den
Heizflügeln ist in der Abbildung 4 dargestellt.
Im Falle, dass die Heizflügel nicht hinreichend
aufgeheizt sind, wird die Zuluft im Bypass an den
Flügeln
vorbeigeführt
und
die
fehlende
Wärmeenergie wird über die Bodenheizung
bereitgestellt.
Luftkanal
Carbon-Profil mit Vakuum-Dämmung
PCM innerhalb des Aluminiumprofils
Solarglas
Abbildung 3: Querschnitt durch einen Heizflügel, in
geschlossenem Zustand.
In
der
Tabelle
1
sind
Heizflügeleigenschaften zusammengefasst.
die
Tabelle 1: Eigenschaften der Heizflügel
Beschreibung
Anordnung
Anzahl
Gesamtfläche
Nutzungsperiode
Raumtemperatur für die
Aktivierung
Wärmeübertragung
Heizflügel
Westfassade
4
24 m²
Herbst/Winter/Frühling
21-24°C
Durchströmung von
Frischluft aus der
Komfortlüftung
Phasenwechseltemperatur Ca. 31°C
des PCM-Materials
PCM-Material
Paraffinmischung
PCM-Menge
Ca. 1000 kg
Spezielles
In geöffnetem Zustand
werden die Flügel der
Sonne nachgeführt
- 280 -
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RWTH Aachen University
Kühlflügeln ist in der Abbildung 6 schematisch
dargestellt.
Abbildung 4: Schematische Darstellung des
Luftaustauschs zwischen der
Wohnungskomfortlüftung (RTL1), den Heizflügeln
und den Räumen. Beispiel für die Flügel 4-5 (PCM04
und PCM05).
Kühlflügel
Die Kühlflügel erzielen im Sommer eine wertvolle
Komfortverbesserung. In Perioden hoher Aussenlufttemperaturen
und
intensiver
Sonneneinstrahlung entstehen im Gebäude erhöhte
Raumtemperaturen. Die an der Ostseite des Gebäudes
angeordneten Kühlflügel sind tagsüber an die Fassade
angelegt und werden primär nachts ausgefahren. Sie
öffnen sich leicht geneigt, so dass sie die
Wärmestrahlung in Richtung Himmel abgeben, was
vor allem bei klaren Nächten zu tiefen
Speichertemperaturen führt. Auch wenn insbesondere
im Sommer die Lufttemperaturen nachts relativ hoch
bleiben, kann aufgrund der speziellen Beschichtung
und dem Strahlungsaustauch viel Wärme abgegeben,
resp. Kälte gespeichert werden. Tagsüber werden die
Flügel an das Gebäude geklappt und die Kälte wird
genutzt, um die Raumluft direkt mittels freier
Kühlung auf komfortable Temperaturen zu senken.
Die Kühlflügel besitzen keine Verglasung. Die
Aluminiumprofile, welche mit PCM gefüllt sind, sind
dunkel eloxiert (Emissionskoeffizient bei der
langwelligen Wärmestrahlung ɛ ≈ 1), damit sich die
Kühlflügel dank der Wärmeübertragung durch
Strahlung an den kalten Himmel abkühlen können. Im
Gegensatz zu den Heizflügeln sind die Kühlflügel
ohne Verglasung ausgeführt und die PCM
enthaltenden Module direkt der Witterung ausgesetzt.
Anders als bei den Heizflügeln wird die Luft nicht
zwischen den Modulen geführt, sondern durch Rohre,
die innerhalb der Module angeordnet sind. Ein
Schnitt von oben und der Seite eines Kühlflügels ist
in der Abbildung 5 dargestellt.
Die Kühlflügel sind direkt bestimmten Räumen
zugeordnet. Im Falle einer ausreichenden
Abkühlung der Flügel über Nacht legen sie sich
tagsüber an die Fassade an. Mit Hilfe eines
Ventilators wird warme Raumluft durch die
Kühlflügel geleitet. Dabei kühlt sich die Raumluft
auf das Niveau der Phasenwechseltemperatur
(21°C) ab. Das Lüftungsprinzip mit den
Luftkanal
Carbon-Profil mit Vakuum-Dämmung
PCM innerhalb des Aluminiumprofils
Abbildung 5: Schnitte von oben (links) und von der
Seite (rechts) durch einen Kühlflügel in
geschlossenem Zustand.
In
der
Tabelle
2
sind
die
Kühlflügeleigenschaften zusammengefasst.
Tabelle 2: Eigenschaften der Kühlflügel
Anordnung
Anzahl
Gesamtfläche
Nutzungsperiode
Raumtemperatur für die
Aktivierung
Wärmeübertragung
Phasenwechseltemperatur
des PCM-Materials
PCM-Material
PCM-Menge
Spezielles
Kühlflügel
Ostfassade
3
15 m²
Sommer und Föhntage
23-26°C
Durchströmung von
Raumluft
Ca. 21°C
Paraffinmischung
Ca. 700 kg
Die PCM Module sind
mit luftdurchströmten
Kanälen versehen.
Wenn die Flügel (Heiz- und Kühlflügel) geöffnet
sind, erfolgt keine Luftströmung durch die Elemente.
Erst wenn die Flügel wieder geschlossen sind, kann
die
Luftströmung
dank
des
dichten
Fassadenanschlusses mit den Lüftungskanälen
eingeschaltet werden. Die Fassadenanschlüsse für
einen Kühlflügel sind in der Abbildung 7 dargestellt.
- 281 -
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•
Sollwert der Flügel- und Aussenlufttemperatur
für die Steuerung das Öffnen resp. das
Einklappen der Flügel
•
Sollwert der Raumlufttemperatur für die Heizund
Kühlperiode,
Einfluss
einer
Nachtabsenkung
•
Sollwert der Aussenluft-, Zuluft- und
Flügeltemperatur für die Einschalung der
Luftströmung.
SIMULATIONERGEBNISSE
Abbildung 6: Schematische Darstellung des
Luftaustauschs zwischen den Kühlflügel (PCM-01 –
03) und den Räumen. Die Flügel sind nicht mit den
Lüftungsgeräten (RTL) verbunden.
Heizflügel
Nach
der
Optimierung
anhand
der
Sensitivitätsanalyse wurden die optimalen Parameter
für die Regelung der Flügelöffnung und Durchströmung mit der Luft festgelegt. In der Tabelle
3 sind die Steuerungsparameter für die Flügel
zusammengefasst.
Tabelle 3: Steuerung der Heizflügel
Luftkanal
anschluss
an der
Fassade
Öffnung der Heizflügel
•
Solarstrahlung > 100 W/m² (Schliessen, wenn
Solarstrahlung < 50 W/m²)
Luftströmung ausgeschaltet
Keine Abkühlung bei gleichzeitiger
Solarstrahlung
•
•
Abbildung 7: Draufsicht (links), Schnitt (Mitte) und
3D-Ansicht eines Kühlflügels.
Luftströmung durch Heizflügel
VORGEHEN
Anhand einer thermischen Gebäudesimulation mit
dem Programm "IDA ICE" (Version 4.51) wurde das
Energiesparpotential der Attikawohnung unter
Verwendung
der
Latentwärmespeichermodule
abgeschätzt. Damit wurde auch die optimale
Regelung der Flügelbewegungen zur Maximierung
der
Energiegewinne
bestimmt.
Eine
Sensitivitätsanalyse wurde für die Regelung der
Flügelöffnung sowie für die Luftströmung durch den
Flügel durchgeführt. Dadurch wurden die folgenden
Parameter variiert und deren Einfluss auf die
realisierbaren Energiegewinne untersucht:
•
•
Flügel ist geschlossen
Lufttemperatur nach der Durchströmung der
Flügel > Lufttemperatur der eingebundenen
Lüftungsanlagen
Raumlufttemperatur des geheiztem Zimmer <
24°C (Heizungsbedarf)
•
In der Abbildung 8 ist der simulierte Jahresverlauf
der Lufttemperatur nach der Durchströmung der
verschiedeneren Heizflügel dargestellt.
°C
Gesamte Simulationsperiode: Von 01.01.1987 bis 31.12.1987
80
70
•
•
•
•
Heizflügel: Direkte Solarstrahlung ab welcher
die Flügel geöffnet werden sollen
60
50
40
Heizflügel:
Energiedurchlassgrad
Beschichtung der Verglasung
und
30
20
10
Wärmedämmung der Flügel (Dämmmaterial,
Verglasung) und deren Einfluss auf die
Abkühlung / Überhitzung
Einfluss
der
Wärmeaufnahme
Speicherung
PCM-Masse
/ -abnahme
für
und
die
die
- 282 -
0
Jan
0
Feb
1000
Mär
2000
Apr
Mai
3000
Jun
Jul
4000
5000
Aug
Sep
6000
Okt
7000
Nov
Dez
8000
Außenlufttemperatur, Deg-C
Temp_nach_PCM04, Deg-C (Temp_PCM04_05)
Temp_nach_PCM05, Deg-C (Temp_PCM04_05)
Temp_nach_PCM06, Deg-C (Temp_PCM04_05)
Temp_nach_PCM07, Deg-C (Temp_PCM04_05)
Abbildung 8: Simulierte Lufttemperatur nach der
Durchströmung der Heizflügel über ein Standardjahr
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W
Die Heizflügel können fast während eines Viertels
eines Standardjahres genutzt werden. In der Tabelle 4
sind
die
simulierten
Jahresstunden
der
Heizflügelnutzung zusammengefasst.
Entire simulation: from 01.01.1987 to 31.12.1987 23:00:00
3
10·10
3
9·10
3
8·10
3
7·10
3
6·10
3
5·10
Tabelle 4: Jahresstunden mit Nutzung der Heizflügel
3
4·10
3
3·10
3
2·10
Öffnung Flügel 4+5
Öffnung Flügel 6+7
3
1·10
3
0·10
700 h/a
780 h/a
Luftströmung Flügel 4+5
Luftströmung Flügel 6+7
2’200 h/a
1’710 h/a
Jan
0
Mar
Apr
2000
May
3000
Jun
4000
Jul
Aug
5000
Sep
6000
Oct
7000
Nov
Dec
8000
Ideal heater power to zones, W
Ideal heater power to zones, W (AEB_Vaduz_Vett_20140331_Heizfluegel_100W)
Abbildung 10: Simulierte Heizleistung für die
Attikawohnung mit (grün) und ohne (orange)
Heizflügel
In der Abbildung 9 ist der simulierte Jahresverlauf
des Luftvolumenstromes durch den verschiedenen
Heizflügel dargestellt.
kg/s
Feb
1000
Entire simulation: from 01.01.1987 to 31.12.1987 23:00:00
Kühlflügel
In der Tabelle 6 sind die Steuerungsparameter für die
Kühlflügel zusammengefasst.
0.020
0.018
0.016
Tabelle 6: Steuerung der Kühlflügel
0.014
0.012
0.010
0.008
Öffnung der Kühlflügel
0.006
•
•
0.004
0.002
0.000
Jan
0
Feb
1000
Mar
Apr
2000
Luftvolumenstrom_PCM04,
Luftvolumenstrom_PCM05,
Luftvolumenstrom_PCM06,
Luftvolumenstrom_PCM07,
May
3000
Jun
4000
Jul
5000
Aug
Sep
6000
Oct
7000
Nov
PCM-Temperatur > 18°C (Flüssigzustand)
Aussenlufttemperatur < PCM-Temperatur
(damit das PCM sich an der Aussenluft
abkühlen kann)
Aussenlufttemperatur < 21°C und keine
direkte Strahlung
Raumlufttemperatur > 23°C (Kühlbedarf)
Dec
8000
kg/s
kg/s
kg/s (Fluegel6_7)
kg/s (Fluegel6_7)
•
Abbildung 9: Simulierte Luftströmung durch den
Heizflügel während eines Standardjahres
•
Luftströmung durch Kühlflügel
Dank der Flügelanwendung kann somit 9% der
Nutzenergie für die Heizung der Attikawohnung
eingespart werden. In der Tabelle 5 ist der
Heizwärmebedarf der Attikawohnung zwischen den
Varianten mit und ohne Flügel angegeben.
Ohne Flügel
Mit Flügel
die PCM-Temperatur < Raumlufttemperatur
des gekühlten Raumes
Flügel geschlossen
PCM-Temperatur < Aussenlufttemperatur
•
•
In der Abbildung 11 ist der simulierte Jahresverlauf
der PCM-Temperatur innerhalb der verschiedenen
Kühlflügel dargestellt.
Tabelle 5: Nutzenergieeinsparung mit Heizflügel
Nutzenergiebedarf
•
Heizen nur Attikawohnung
11‘500 [kWh/a]
10‘400 [kWh/a]
°C
Ersparnis
Gesamte Simulationsperiode: Von 01.01.1987 bis 31.12.1987
27
9%
26
25
24
In der Abbildung 10 ist der simulierte Jahresverlauf
der benötigten Heizleistung für die Attikawohnung
zwischen den Varianten mit und ohne Flügel
dargestellt.
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
Jan
0
Feb
1000
Mär
Apr
2000
Mai
3000
Jun
4000
Jul
5000
Aug
Sep
6000
Okt
7000
Nov
Dez
8000
Temp_PCM01 (Fluegel01-03)
Temp_PCM02 (Fluegel02)
Temp_PCM03 (Fluegel01-03)
Abbildung 11: Simulierte PCM- Temperatur in den
Kühlflügel über ein Standardjahr
- 283 -
Fifth German-Austrian IBPSA Conference
RWTH Aachen University
W
Die Kühlflügel werden während ca. 3% der Jahreszeit
genutzt. In der Tabelle 7 sind die simulierten
Jahresstunden
der
Kühlflügelnutzung
zusammengefasst.
Entire simulation: from 01.01.1987 to 31.12.1987 23:00:00
3
18·10
3
16·10
3
14·10
3
12·10
3
10·10
Tabelle 7: Jahresstunden mit Nutzung der Kühlflügel
3
8·10
3
6·10
3
4·10
Öffnung Flügel 1+3
Öffnung Flügel 2
3
2·10
3
0·10
2'330 h/a
2'620 h/a
Luftströmung Flügel 1+3
Luftströmung Flügel 2
250 h/a
340 h/a
Jan
0
Mar
Apr
2000
May
3000
Jun
4000
Jul
5000
Aug
Sep
6000
Oct
7000
Nov
Dec
8000
Ideal cooler power to zones, W
Ideal cooler power to zones, W (AEB_Vaduz_Vett_20140401_Kuehlfluegel_neu)
Abbildung 13: Simulierte Kühlleistung für die
Attikawohnung mit (grün) und ohne (orange)
Kühlflügel
In der Abbildung 12 ist der simulierte Jahresverlauf
des Luftvolumenstromes durch die verschiedenen
Kühlflügel dargestellt.
kg/s
Feb
1000
Entire simulation: from 01.01.1987 to 31.12.1987 23:00:00
DISKUSSION
0.020
0.018
0.016
0.014
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
Jan
0
Feb
1000
Mar
Apr
2000
May
3000
Jun
4000
Jul
5000
Aug
Sep
6000
Oct
Nov
7000
Dec
Jan
8000
Volumenstrom PCM02, kg/s
Volumenstrom_PCM01, kg/s (Fluegel01-03)
Volumenstrom PCM03, kg/s (Fluegel01-03)
Abbildung 12: Simulierte Luftströmung durch den
Kühlflügel über ein Standardjahr
Dank der Flügelanwendung kann somit 16% der
Nutzenergie für die Kühlung der Attikawohnung
gespart werden. In der Tabelle 8 ist der Kühlbedarf
der Attikawohnung zwischen den Varianten mit und
ohne Flügel verglichen.
Tabelle 8: Nutzenergieeinsparung mit Kühlflügel
Nutzenergiebedarf
Kühlen nur Attikawohnung
Ohne Flügel
7'940 [kWh/a]
Ersparnis
Mit Flügel
6'630 [kWh/a]
16%
In der Abbildung 13 ist der simulierte Jahresverlauf
der benötigten Kühlleistung für die Attikawohnung
zwischen den Varianten mit und ohne Flügel
dargestellt.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass mit den
Heizflügeln, durch deren häufiger Anwendung
eine Einsparung des Nutzenergiebedarfes der
Heizung von etwa 10% erreicht werden kann. Der
Transport von Wärmeenergie ist bei dem hier
gewählten system an den Volumnestrom der RLT
Anlage
gekoppelt
und,
bedingt
durch
Komfortanforderung, limitiert.
Daher wurde
ebenfalls ein Szenario betrachtet, bei dem die
Flügel mit einem flüssigen Medium durchströmt
werden. Gewählt wurde eine frostsichere WasserGlykol-Mischung. Dieses erwärmte Medium hätte
man dann in die Kellerräume führen müssen, um
die gewonnene Energie via Wärmepumpe und
Fussbodenheizung zu nutzen. Die Risiken bei
einer Wasserleitung in der Aussenfassade, die
Nichtnutzbarkeit der Kühlflügel, die höhere
Trägheit und das höhere Gewicht der Flügel
führten dazu, dass sich die Planer für das
Arbeitsmedium Luft in Kombination mit der
Komfortlüftung entschieden.
Es wäre allenfalls zu untersuchen, ob die Anwendung
der Luft als Arbeitsmedium, je nachdem wie die
Kopplung mit der konventionellen Gebäudetechnik
realisiert ist (z.B. vor oder nach der
Wärmerückgewinnung der Lüftungsanlage), zu einer
erhöhten Einsparung der Nutzenergie für die Heizung
führen würde. Die Effizienz der Gebäudetechnik
sowie der Wärmedämmstandard der Gebäudehülle
sind auf jedem Fall entscheidende Parameter, welche
die Energieeinsparung beeinflussen können.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
Anhand einer thermischen Gebäudesimulation mit
dem Programm IDA ICE wurde das Energiesparpotential mit Latentwärmespeichermodulen,
welche sich an der Fassade eines Wohngebäudes
bewegen, abgeschätzt. Diese bewegliche Elemente
- 284 -
Fifth German-Austrian IBPSA Conference
RWTH Aachen University
sind aus unterschiedlichen „Phase Change Material“
(PCM) aufgebaut, je nachdem ob diese für die
Heizung oder Kühlung der Attikawohnung genutzt
sind. Der Wärmetransport in das Gebäude wird
mittels Raumluft realisiert.Diese durchströmt Kanäle
innerhalb der Heiz- oder Kühlflügel. Mit Hilfe der
Gebäudesimulation wurde auch die Regelung der
Flügelbewegungen und der Durchströmung der
Flügelelemente definiert. Bei einer optimale
Regelung der Flügel konnte anhand der thermischen
Simulation aufgezeigt werden, dass ca. 9% der
Nutzenergie für die Heizung resp. 16% für die
Kühlung gespart werden kann.
AUSBLICK
Als nächster Schritt werden ein Heiz- sowie ein
Kühlflügel innerhalb eines Mock-up montiert, um
Funktion und Effizienz zu testen. Die Solarstrahlung,
die Aussenluft-, PCM- und Lufttemperatur in den
Flügeln,
die
Feuchtigkeit,
sowie
der
Luftvolumenstrom werden an mehreren Stellen
kontinuierlich gemessen. Die Messungen werden
ausgewertet und mit den Simulationsergebnissen
verglichen. Somit kann die Regelung der Flügel
weiter optimiert und das Energiesparpotential kann
maximiert werden. In den folgenden Abbildungen
sind Fotos der gebauten Flügel für das Mock-up
dargestellt (zur Zeit noch ohne Module).
Abbildung 16: Fotos des Mock-up während der
Montierung der Aluminiumprofile.
- 285 -
Abbildung 17: Foto der Aluminiumprofile. Man
erkennt im rechten Modul die Luftdurchströmten
Rohre und bei beiden Modulen die
Verschlussöffnungen über die das PCM eingebracht
wurde.