Strahlungs- und Lufttemperatur
Die Raumtemperatur, auch operative Temperatur genannt, dient als Vergleichsgröße für die Nutzenanforderungen. Sie stellt aber keine Größe dar, die sich messen lässt, sondern den Mittelwert aus Luft- und Strahlungstemperatur.
Strahlungstemperatur ist die gemittelte Temperatur der Flächen, die eine Person in einem Raum umgeben, einschließlich der Heizflächen. Bei Einhaltung eines Grenzwerts für die operative Temperatur (z.B. 20 °C) gilt die Behaglichkeitsanforderung als erfüllt.
Unberücksichtigt bleibt dabei, dass sich eine Person beispielsweise in der Nähe eines kalten Fensters unwohl fühlen kann, obwohl die operative Temperatur im Raum den Sollwert nicht unterschreitet. Somit wäre lediglich die Anforderung an die wirksame Strahlungstemperatur an dieser Stelle des Raumes nicht erfüllt.
Das bedeutet: Wenn im Heizfall die operative Temperatur erreicht wird, heißt das nicht zwangsläufig, dass Strahlungs- und Lufttemperatur ebenfalls ausreichen. Deshalb sind die Anforderungen an die Strahlungstemperatur, von denjenigen an die Lufttemperatur zu trennen. Dennoch müssen beide zugleich erfüllt werden.
Die gesamte Heizlast setzt sich somit aus dem radiativen (Strahlungs-) und dem konvektiven (Luft-) Anteil zusammen. Um eine bestimmte Strahlungstemperatur einzuhalten, muss dem Raum also eine radiative Heizleistung zugeführt werden, welche die radiative Heizlast des Raums ausgleicht. Dasselbe gilt entsprechend für die konvektive Heizlast und die Lufttemperatur, sie lassen sich mit einer maschinellen Wohnungslüftungsanlage beeinflussen.
Im Folgenden werden Systeme ohne und mit Wärmerückgewinnung anhand der Aufwandszahl für den Modellraum gemäß EnEV 2002 verglichen.
Energieaufwand bei maschineller Wohnungslüftung ohne Wärmerückgewinnung
Es werden Heizkörpersysteme unterschiedlicher thermischer Trägheit und Regelung gegenübergestellt. Dabei handelt es sich um Plattenheizkörper mit und ohne Konvektionsbleche. An den Heizkörpern sind in dem einen Fall Thermostatventile (P-Regler) angebracht und im zweiten Fall elektronische, unstetige PI-Regler.
Bei den Plattenheizkörpern handelt es sich um einen thermisch trägeren Heizkörper mit Konvektorblech und dadurch geringem Strahlungsanteil (20 Prozent, in Abb. 6 "Plattenheizkörper 21" genannt) sowie um einen leichteren Heizkörper ohne Konvektorblech und damit hohem Strahlungsanteil (50 Prozent, in Abb. 6 "Plattenheizkörper 10" genannt).
Abbildung 6 veranschaulicht die Aufwandszahl in Abhängigkeit zur relativen Heizlast für die vier Heizsystemvarianten ohne Wärmerückgewinnung im Modellraum. Die bauphysikalischen Eigenschaften (Dämmung, Bauschwere etc.) entsprechen der EnEV 2002.
Die Plattenheizkörpersysteme mit Thermostatventil weisen die höchsten Aufwandswerte auf, sie liegen um etwa 30 Prozent höher als bei den Plattenheizkörpersystemen mit PI-Regler. Bei allen Heizsystemen ohne Wärmerückgewinnung liegt die Aufwandszahl jedoch über 1,0.
Energieaufwand bei maschineller Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung
Es werden zwei Wärmerückgewinner, wie sie in Wohnungslüftungsgeräten eingesetzt werden, betrachtet. Diese haben unterschiedliche Aufwärmzahlen (Rückgewinnungsgrade), um auch die Güte der Wärmerückgewinnung mit einzubeziehen:
Wärmerückgewinner 1 in den Varianten 1A (mit PI-Regler unstetig) und 1B (mit Thermostatventil) und einer Aufwärmzahl von 0,8. Dies bedeutet, dass 80 Prozent der Energie in der Abluft auf die Außenluft übertragen wird (vgl. Abb. 7).Wärmerückgewinner 2 in den Varianten 2A (mit PI-Regler unstetig) und 2B (mit Thermostatventil) und einer Aufwärmzahl von 0,6 (vgl. Abb. 8).
In beiden Fällen wird deutlich, dass im Gegensatz zum Verlauf ohne Wärmerückgewinner die Aufwandszahlen mit sinkenden relativen Heizlasten abnehmen. Bei niedrigen Energiebedarfswerten wird der Energieaufwand bereits durch die Wärmerückgewinnung allein gedeckt und es entfallen Heizintervalle.
Erst bei sehr geringen Heizlasten und konstant bleibender Zahl von Heizintervallen überwiegen Einflüsse durch thermische Trägheit und Regelabweichung und die Aufwandszahlen steigen an.
Erwartungsgemäß führt der Plattenheizkörper mit PI-Regler (Varianten 1A und 2A) die Heizlasten besser ab. Diese Kombination ist flink, denn sie besitzt die geringste Masse und kann deshalb schneller den Anforderungen nachkommen, schneller Aufheizen, aber auch Abkühlen, wenn die geforderte Temperatur erreicht ist. Verstärkt wird diese Eigenschaft durch den PI-Regler, der keine bleibende Regelabweichung hat, was charakteristisch für P-Regler ist.
Die Aufwandszahlen sind deshalb über den gesamten Bereich der relativen Heizlasten kleiner als beim P-Regler, das heißt, den Thermostatventilen (Variante 1B und 2B). Bei den Varianten mit der Aufwärmzahl von durchschnittlich 0,8 tendieren die Aufwandszahlen nahezu gegen Null. Maschinelle Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung führt hier nicht nur die Stoff- und Feuchtelasten ab, sondern gleichzeitig den größeren Teil der konvektiven Wärmelast.
Werden Heizsysteme mit einer maschinellen Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung kombiniert, verringert sich der jährliche Heizenergieaufwand beträchtlich, die Aufwandszahlen nehmen Werte kleiner 1 an.
Mit sinkenden Heizlasten fallen auch die Aufwandszahlen, weil sich der niedrige Energieaufwand oft bereits durch die Wärmerückgewinnung decken lässt. Damit entfallen Heizintervalle. Nur bei sehr geringen Heizlasten und konstant bleibender Zahl von Heizintervallen überwiegen Einflüsse durch thermische Trägheit und Regelabweichung und die Aufwandszahlen steigen an.
Im Raummodell weisen die Systeme mit Thermostatventilregelung die höchsten Aufwandszahlen auf. Sie liegen etwa 30 Prozent über denen des Plattenheizkörpers ohne Konvektorblech und PI-Regler. Anhand des geringeren konvektiven Energieaufwands wird deutlich, dass die taktende Arbeitsweise des PI-Reglers besser geeignet ist, die gewünschte Raumlufttemperatur zu erlangen, als die kontinuierliche Arbeitsweise des Thermostatventils (P-Regler).
Fazit
Die konvektiven Lasten in einem Raum nach EnEV 2002-Baustandard werden fast vollständig von der maschinellen Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung abgeführt. Sie helfen nicht nur dabei, die Stoff- und Feuchtelasten abzuführen, sondern tragen gleichzeitig den größeren Teil der konvektiven Wärmelast.
Die von Buderus entwickelten Geräte zur Wohnungslüftung haben einen Wärmerückgewinnungsgrad von mindestens 80 Prozent. Heizsysteme mit Wärmerückgewinnung sind also nicht nur für Gesundheits- und Bauschutz essentiell, sondern auch aus energetischer Sicht sinnvoll, denn sie sparen zudem noch Energiekosten. Als Systemanbieter hat Buderus die erforderlichen Einzelkomponenten im Sortiment, die optimal aufeinander abgestimmt sind und die Heizungsanlage komplettieren.
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