Persönliche Lüftung im Vergleich zu konventionellen Lüftungssystemen aus energetischer und hygienischer Sicht. Technische Universität Dresden

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Dörte Busch
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-Ing. Professur für Gebäudeenergietechnik und

1 Fachverband Gebäude-Klima e. V. Persönliche Lüftung im Vergleich zu konventionellen Lüftungssystemen aus energetischer und hygienischer Sicht Prof. Dr.-Ing. Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung Technische Universität Dresden Berlin, 14./15. April 2016 Persönliche Lüftung, 1

2 Motivation Bürosituation: Nur ein Teil des Aufenthaltsbereiches wird intensiv genutzt! Konventionelle Lüftungssysteme: Austausch der gesamten Raumluft, aber unkontrolliert Konventionelle Bewertungskriterien: Zustandsgrößen im gesamten Raum Lösungsansatz: Persönliche Lüftung Erweiterung der Bewertungskriterien auf Umfeld der Personen 2-Personenbüro A Untersuchungskonfiguration Übersicht: Vergleich von drei Lüftungssystemen im Heiz- und Kühlfall Untersuchung unterschiedlicher Positionen und Arten von Persönlicher Lüftung Untersuchung von drei Bürokonfigurationen (zwei 2-Personen-, ein 8-Personenbüro) Persönliche Lüftung, 2

3 Weitere Konfigurationen Mischlüftung Pers. Lüftung Quelllüftung 8-Personenbüro 2-Personenbüro B Mischlüftung Pers. Lüftung Quelllüftung Persönliche Lüftung, 3

Zuluftsysteme Mischlüftung Quelllüftung Persönliche Lüftung

Übertemperatur der Zuluft in Abhängigkeit von mittlerer

systemrelevanter Zuluftparameter (Drall, Turbulenzgrad,

4 Zuluftsysteme Mischlüftung Quelllüftung Persönliche Lüftung Bilanzgrenze ist Austritt der Zuluftsysteme, Unter-/ Übertemperatur der Zuluft in Abhängigkeit von mittlerer Lufttemperatur im Aufenthaltsbereich Detaillierte Nachbildung systemrelevanter Zuluftparameter (Drall, Turbulenzgrad, Ausströmrichtung) Abluftöffnungen im Deckenbereich gegenüber den Fensterflächen Persönliche Lüftung, 4

5 Randbedingungen, tabellarische Übersicht Solltemperaturen / Heiz- und Kühlleistungen: 6:00 18:00 18:00 6:00 Flächentemperierung 2-Personenbüro 8-Personenbüro Heizfall 22,0 C 18,0 C 1,5 kw 5,5 kw Kühlfall 24,5 C 26,0 C -1,6 kw -8,0 kw Randbedingungen der Lüftungssysteme: Zuluftvolumenstrom [m³/h] pro Person Temperaturdifferenz [K], Heizfall Temperaturdifferenz [K], Kühlfall Mischlüftung 30,0 0-4 Quelllüftung 30, Persönliche Lüftung 30,0 / 20,0 0-2 Zusätzlich Untersuchungen mit konstanter Zulufttemperatur bei Pers. Lüftung im Kühlfall. Persönliche Lüftung, 5

6 Gebäudehülle / Klima: Randbedingungen, Übersicht Bürogebäude mit Glasfassaden nach EnEV09 Typische sommerliche und winterliche Perioden, TRY 4 ( je 15 Tage, 2 Tage CFD) Klimatisierung / Belüftung / Nutzer: Quelllüftung, Mischlüftung und Persönliche Lüftung (an unterschiedlichen Positionen) zur Belüftung mit typischen Untertemperaturen der Zuluft Persönliche Lüftung oberhalb und unterhalb der Monitore bzw. unterhalb der Tische Temperierung über Seitenwände, Heiz- / Kühldecken (Kapillarrohrmatten), Fußbodenheizungen, Regelung nach Operativer Temperatur über Wand- bzw. Tischsensoren Lokal begrenzte Quellen (Wärme- und Wasserabgabe, CO 2 ) für Technik und Personen Sicherung der Kategorie A aller Kriterien gemäß DIN EN ISO 7730 im Aufenthaltsbereich Simulation: Räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Gebäude-, Anlagen- und Strömungssimulation 15-tägige Gebäude- und 2-tägige gekoppelte Gebäude- und Strömungssimulation Berechnung von Feuchte-, CO 2 - und Luftalterverteilungen Persönliche Lüftung, 6

7 Untersuchungsmethodik Gekoppelte Gebäude-, Anlagen- und Strömungssimulation ParallelNS TRNSYS-TUD OpenFOAM/Fluent Persönliche Lüftung, 7

8 Quellverteilungen und Bilanzgebiete CO 2 -, Wärme- und Feuchtequellen Definition des Umfeldes der Personen (hier Kugel mit Radius von 0,5 m um Nase) Persönliche Lüftung, 8

9 Bewertungskriterien Lüftungswirksamkeit im Raum: ε R c = C ab C zu C R C zu Lüftungswirksamkeit im Umfeld der Personen: c ε um = C ab C zu C um C zu Luftaustauschwirkungsgrad im Raum (instationär): ε R a = τ ref,r τ R Lokaler Luftaustauschindex: ε p a = τ p,aaaa,ref τ p Quotienten Umfeld / Raum: τ um τ R bbbbbb. C um C R Unterschiedliche Bewertungskriterien auf Basis des lokalen Luftalters und der CO 2 -Verteilung Persönliche Lüftung, 9

10 Ausgewählte Resultate Kühlfall Kühlfall: Lokaler Luftaustauschindex um 12 Uhr, gekoppelte Simulation 2-Personenbüro A Werte > 1 bedeuten gute Frischluftversorgung, Werte < 1 ungünstigere Frischluftversorgung Reduzierter Volumenstrom Persönliche Lüftung, 10

11 Ausgewählte Resultate Kühlfall Kühlfall: CO 2 -Verteilung um 12 Uhr, gekoppelte Simulation 2-Personenbüro A Iso-Flächen bei 800 und 1000 PPM, Schnittebene in Höhe von 0,6 m Reduzierter Volumenstrom Persönliche Lüftung, 11

Ausgewählte Resultate Kühlfall Kühlfall: Lokaler Luftaustauschindex um 10 Uhr, gekoppelte Simulation 2-Personenbüro B Vergleich unterschiedlicher

12 Ausgewählte Resultate Kühlfall Kühlfall: Lokaler Luftaustauschindex um 10 Uhr, gekoppelte Simulation 2-Personenbüro B Vergleich unterschiedlicher Zulufttemperaturen Isoflächen bei 1,05: Werte > 1 bedeuten gute Frischluftversorgung, Werte < 1 ungünstigere Frischluftversorgung Persönliche Lüftung, 12

13 Beurteilung der Luftqualität - Kühlfall Kühlfall: Bewertungskriterien um 12 Uhr, gekoppelte Simulation 2-Personenbüro A Persönliche Lüftung, 13

14 Ausgewählte Resultate Heizfall Heizfall: CO 2 -Verteilung um 10 Uhr, gekoppelte Simulation 8-Personenbüro Iso-Flächen bei 800 und 1000 PPM, Schnittebene in Höhe von 0,6 m Persönliche Lüftung, 14

15 Beurteilung der Luftqualität - Heizfall Heizfall: Bewertungskriterien um 10 Uhr, gekoppelte Simulation 8-Personenbüro Persönliche Lüftung, 15

16 Zusammenfassung Untersuchungen zur Luftqualität und zur Effektivität des Luftaustauschs wurden für drei verschiedene Lüftungssysteme und drei Büroräume im Heiz- und im Kühlfall durchgeführt Lüftungswirksamkeit und Luftaustauschwirkungsgrad weisen im Falle der Persönlichen Lüftung auf den Raum bezogen meist die günstigsten Werte auf Im Umfeld der Personen ist der Vorteil der Persönlichen Lüftung noch ausgeprägter, insbesondere bei angepasster, personalisierter Sensorik Bei Nutzung der Lüftungssysteme nur zur Belüftung sind lediglich geringe Unterschiede im Energiebedarf feststellbar Energieeinsparungen bei Nutzung der Persönlichen Lüftung durch reduzierte Luftvolumenströme und durch Anpassung der Zulufttemperaturen möglich Persönliche Lüftung, 16

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