Workshop „Thermische Solarsysteme im Objektbau“, 25. Juni ... Kaiser... · Workshop „Thermische Solarsysteme im Objektbau“, 25. Juni 2010 Wr. Neustadt Übersicht Zweileiternetze

Workshop „Thermische Solarsysteme im Objektbau“, 25. Juni 2010 Wr. Neustadt

HeatBoxQualityQualitätsstandard von Wohnungsstationen in Zwei-Leiter-Netzen – Ergebnisse zu messtechnischen Untersuchungen im Prüflabor

1

Alexander Kaiser, Christian Fink, Waldemar Wagner

AEE – Institut für Nachhaltige Technologien Abteilung „Solarthermische Komponenten und Systeme“8200 Gleisdorf, Feldgasse 19, Österreich


Übersicht

�Zweileiternetze

�Dezentrale Hydraulikstationen (Wohnungsstationen)

�Bewertungskriterien

�Prüfszenarien

�Prüfaufbau

2

�Prüfaufbau

�Ergebnisse

�Fazit und Ausblick


Wärmeverteilung basierend auf dem Prinzip von Zwei-Leiter-Netzen und Wohnungsstationen

ollek

torfe

ld

Zwei-Leiter-Netz

Wohnungsstationen übernehmen zentrale Aufgaben in Zweileiternetzen

Wohnungsstation

3

Kolle

Kaltwasser

Warmwasser

Kaltwasser

Warmwasser

Kaltwasser

Warmwasser

Kessel


Grundprinzip „Hydraulik Wohnungsstation“

Warmwasser

Kaltwasser

1 Absperrventil2 Rückschlagklappe3 Sicherheitsvent il4 Durchf lussgesteuerter

Temperaturregler5 Rücklauftemperatur-

begrenzer6 Differenzdruckregler7 Zählerpassstück

1

1 23

4

910°C

45°C

10

4

Netz VL

Netz RL

7 Zählerpassstück8 Zonenventil9 Passstück Kaltwasser10 Zirkulationsbrücke

1

1

1

1

4

5

67 8

65°C

20 - 40°C

Heizung VL

Heizung RL

65°C

25 - 40°C

1


Produktvielfalt

5


Aufgabenstellung & Ziele für das Projekt „HeatBoxQuality“ - Dezentrale Hydraulikstationen auf dem Prüfstand

� Erstellung einer angepassten Prüfprozedur und Aufbau eines belastbaren Teststandes im Labor der AEE INTEC

� Durchführung von Tests an insgesamt neun Wohnungsstationen der führenden Anbieter in Österreich

� Definition eines Mindestqualitätsstandards

6

Definition eines Mindestqualitätsstandards

� Festlegung von harmonisierten Kennzahlen zur Beurteilung und zum Vergleich

� Erstellung eines Kriterienkataloges zur Beschreibung des Qualitätsstandards

� Programmierung eines angepassten Trnsys-Types basierend auf den zur Verfügung stehenden Messergebnissen


Projektteam und Auftraggeber

Industriepartner

� Buderus Austria Heiztechnik GesmbH - Österreich

� Danfoss Ges.m.b.H. - Österreich

Projektleitung

AEE - Institut für Nachhaltige Technologien

Partner

IWT – Institut für Wärmetechnik, TU Graz

7

� Danfoss Ges.m.b.H. - Österreich

� Hoval Gesellschaft mbH. - Österreich

� IMPEX Handelsges.m.b.H – Österreich / Delta Systemtechnik GmbH - Deutschland

� Tour & Andersson Ges.m.b.H. - Österreich

Auftraggeber und Finanzierung:� Österreichischer Klima- und Energiefonds im Rahmen des

Forschungsprogramms „Neue Energien 2020“ Abwicklungsstelle: FFG – Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft

� Industriepartner


Beurteilungskriterien

� Komfortparameter� Temperaturschwankungen

� Einstellgeschwindigkeit

� Brauchwassertemperatur

� Leistungsparameter� Maximale Zapfmenge

� Maximaler Heizwassermassenstrom (Raumwärmeversorgung)

� Energieeffizienz

8

� Energieeffizienz � Rücklauftemperatur Versorgungsnetz

� Höhe des Versorgungsmassenstroms

� Temperaturniveau Zirkulationsbrücke

� Temperaturniveau Rücklauftemperaturbegrenzer

� Funktion WW-Vorrangschaltung

� Wartung und Installation� Installation bzw. Installationsanleitung

� Bedienungsanleitung

� Wartungsfreundlichkeit


Prüfszenarien

1. Funktion der Warmwasserbereitung bei definierten Zapfprofilen -Variation der Versorgungstemperatur und Netzdifferenzdruck (14)

2. Hydraulikkennlinien der Versorgungsseite bei definierten Zapfmengen (3)

9

3. Bestimmung des Proportionalfaktors Verhältnis Netzvolumenstrom zu Zapfvolumenstrom (5)

4. Funktion Raumheizung und Wechselwirkung mit Warmwasserbereitung (8)


Prüfaufbau und SensorikWesentliche Wesentliche Wesentliche Wesentliche MessgrößenMessgrößenMessgrößenMessgrößenT-KaltwasserT-WarmwasserT-Netz VLT-Netz RLT-HZG VL

10

Kaltwasser

Messtechnik

T-HZG VLT-HZG RLV-KaltwasserV-NetzV-Heizungp-KaltwasserΔp-TrinkwasserΔp-NetzΔp-Heizung

Warmwasser

Raumheizung2-Leiter-Netz


Temperaturen u. Volumenströme

4550

55

60

65

70

40

45

50

T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_HT-KW_C T-FW_RL_A T-FW_RL_B T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_Hv.-WW-M I_C v.-FW-M I_A v.-FW-M I_B v.-FW-M I_C v.-FW-M I_D v.-FW-M I_E v.-FW-M I_F v.-FW-M I_G v.-FW-M I_H

P1 – Gesamtübersicht „Zeitliniendiagramm“

Stationäre

ZuständeReaktions-

geschwindigkeitZirkulations-

brückenbetrieb

11

-30

-25

-20

-15

-10-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15Zeit

Tem

per

atu

r [

°C]

0

5

10

15

20

25

30

35

Vo

lum

enst

rom

[l

/min

]

dpNetz=300 mbar, TVersorgung = 65°C



35

40

4550

55

60

65

70

Tem

per

atu

r [

°C] 35

40

45

50

T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_HT-KW_C T-FW_RL_A T-FW_RL_B T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_Hv.-WW-M I_C v.-FW-M I_A v.-FW-M I_B v.-FW-M I_C v.-FW-M I_D v.-FW-M I_E v.-FW-M I_F v.-FW-M I_G v.-FW-M I_H

P1 – Auswertung - Reaktionsgeschwindigkeit

Zapfung 4 l/min: 45°C in ca. 12 bis 21 Sekunden

12

-30

-25

-20

-15

-10-5

0

5

10

15

20

25

30

35

12:15:00 12:15:30 12:16:00 12:16:30 12:17:00 12:17:30 12:18:00 12:18:30 12:19:00 12:19:30 12:20:00Zeit

Tem

per

atu

r [

°C]

0

5

10

15

20

25

30

Vo

lum

enst

rom

[l

/min

]

dpNetz=300 mbar, TVersorgung = 65°C



40

45

50

55

60

65

Zir

kula

tio

nst

emp

erat

ur

[°C

]

3,5

4

4,5

5

5,5

6

Zir

kula

tio

nsm

eng

e [

l/m

in]

T-FW_VL_A T-FW_VL_B T-FW_VL_C T-FW_VL_D T-FW_VL_E T-FW_VL_F T-FW_VL_G T-FW_VL_H

T-FW_RL_A T-FW_RL_B T-FW_RL_C T-FW_RL_D T-FW_RL_E T-FW_RL_F T-FW_RL_G T-FW_RL_H

v.-FW-M I_A v.-FW-M I_B v.-FW-M I_C v.-FW-M I_D v.-FW-M I_E v.-FW-M I_F v.-FW-M I_G v.-FW-M I_H

P1 – Zeitliniendiagramm - Zirkulationsbrückenbetrieb

Standby-Temperaturen zwischen 40 und 55 °C

13

5

10

15

20

25

30

35

13:15 13:30 13:45 14:00 14:15Zeit

Zir

kula

tio

nst

emp

erat

ur

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Zir

kula

tio

nsm

eng

e [

l/m

in]

und 55 °C

Standby

Netzmengen

dp-Netz=300 mbar, T-Versorgung = 65°C


Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - dp-Netz 300 mbar - T-VL-Netz 65 °C

40

45

50

55

60

65

70

Tem

per

atu

r [°

C]

15

20

25

30

Net

zmen

ge

[l/m

in]

P1 – Auswertung – Stationäre Zustände

14

0

5

10

15

20

25

30

35

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Zapfmenge [l/min]

Tem

per

atu

r

-5

0

5

10

Net

zmen

ge

[l/m

in]

T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - H

T-KW v.-Netz - A v.-Netz - B v.-Netz - C v.-Netz - D v.-Netz - E v.-Netz - F v.-Netz - G v.-Netz - H



40

45

50

55

60

65

70

Tem

per

atu

r [°

C]

40

45

50

55

60

65

70

Lei

stu

ng

[ kW

]

P1 – WW-Temperatur und Leistung über der Zapfmenge (Bandbreite Leistung, max. Zapfmenge)

35 bis

42 kW

15

0

5

10

15

20

25

30

35

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Zapfmenge [l/min]

Tem

per

atu

r

0

5

10

15

20

25

30

35

Lei

stu

ng

[ kW

]

T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - HT-KW P_WW - A P_WW - B P_WW - C P_WW - D P_WW - E P_WW - F P_WW - G P_WW - H

13,3 bis 15,4 l/min



40

45

50

55

60

65

70

Tem

per

atu

r W

W [°

C]

40

45

50

55

60

65

70

Tem

per

atu

r R

L [

°C]

P1 – WW- und Netzrücklauftemperatur über der Zapfmenge (Bandbreite Rücklauftemperatur)

16

0

5

10

15

20

25

30

35

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Zapfmenge [l/min]

Tem

per

atu

r W

W

0

5

10

15

20

25

30

35

Tem

per

atu

r R

L


T-KW T-RL - A T-RL - B T-RL - C T-RL - D T-RL - E T-RL - F T-RL - G T-RL - H


Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - Zapfung-MAX - 100 - 500 mbar - T-VL-Netz 65 °C

40

45

50

55

60

65

70

Tem

per

atu

r [°

C]

35

40

45

50

55

60

65

P1 – WW- und Netzrücklauftemperatur über dem Differenzdruck (Komfort, min. Differenzdrücke)

17

5

10

15

20

25

30

35

40

0 100 200 300 400 500 600

Differenzdruck Netz [mbar]

Tem

per

atu

r

0

5

10

15

20

25

30

35

T-R

L-N

etz

[ °C

]


T-KW T-RL - A T-RL - B T-RL - C T-RL - D T-RL - E T-RL - F T-RL - G T-RL - H


Szenario 1 - Auswertung - Hersteller - Zapfung-MAX - 300 mbar - T-VL-Netz 70 - 50 °C

45

50

55

60

65

70

75

Tem

per

atu

r [°

C]

55

60

65

70

75

80

85

Lei

stu

ng

P-W

W [

kW

]

P1 – WW-Temperatur und Leistung über der Versorgungs-temperatur (Komfort, min. Versorgungstemperatur)

18

5

10

15

20

25

30

35

40

45

45 50 55 60 65 70 75

Versorgungstemperatur Netz [°C]

Tem

per

atu

r

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Lei

stu

ng

P-W

W [

kW

]

T-FW_VL T-WW - A T-WW - B T-WW - C T-WW - D T-WW - E T-WW - F T-WW - G T-WW - HT-KW P_WW - A P_WW - B P_WW - C P_WW - D P_WW - E P_WW - F P_WW - G P_WW - H


P-Faktor ü. v. WW - Proportionalmengenregler - Proportionalfaktoren ZU

4

4,5

5

5,5

6

Pro

po

rtio

nal

fakt

or

[-]

P3 – Proportionalfaktoren der PM-Regler

dpNetz=300 mbar, T-Netz = 65°C

19

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13v.WW [l/min]

Pro

po

rtio

nal

fakt

or

[-]

Station A Station B Station C Station D Station E Station F Station G Station H


P4 – Zeitliniendiagramm WW- und Heizbetrieb (WW-Vorrangschaltung und Netzwassermengen)

dpNetz=300 mbar, TVersorgung = 65°C, v.Hzg=3 l/min


40

45

50

55

60

65

70

Te

mp

era

tur

[°C

], v

.-N

etz

[l/m

in]

14

15

16

17

18

19

20

T-FW_VL_C T-WW_A T-WW_B T-WW_C T-WW_D T-WW_E T-WW_F T-WW_G T-WW_HT-KW_C v.-FW-MI_A v.-FW-MI_B v.-FW-MI_C v.-FW-MI_D v.-FW-MI_E v.-FW-MI_F v.-FW-MI_G v.-FW-MI_Hv.-WW-MI_C v.-HZ_A v.-HZ_B v.-HZ_C v.-HZ_D v.-HZ_E v.-HZ_F v.-HZ_G v.-HZ_H

20

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

7.12.09 18:10 7.12.09 18:15 7.12.09 18:20 7.12.09 18:25 7.12.09 18:30 7.12.09 18:35 7.12.09 18:40 7.12.09 18:45

Zeit

Te

mp

era

tur

[°C

], v

.-N

etz

[l/m

in]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Vo

lum

enst

rom

HZ

G [

l/m

in]


Fazit und Ausblick� Grundsätzlich zeigen die untersuchten Wohnungsstationen ein

zufriedenstellendes Verhalten.

� Unter üblichen Rahmenbedingungen konnte die definierte Warmwassertemperatur (45°C) mit allen Stationen erreicht werden.

� Stationen mit konventionellem Proportionalmengenregler erfordern höhere Netzwassermengen, was höhere Netzrücklauftemperaturen nach sich zieht.

� Sowohl hinsichtlich Komfort als auch Energieeffizienz zeigen Stationen

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� Sowohl hinsichtlich Komfort als auch Energieeffizienz zeigen Stationen mit zusätzlichem Temperaturkorrektiv ein günstigeres Verhalten.

� Das Proportionalverhalten der getesteten Stationen zeigt vor allem bei kleinen Zapfmengen eine große Bandbreite.

� Einzelne Stationen zeigen, dass durch Einsatz sogenannter WW-Vorrangschaltungen die Netzwassermenge bei kombiniertem Betrieb (Warmwasser und Raumheizung) geringer gehalten werden kann.

� Optimierungsbedarf ist bei Zirkulationsbrückenbetrieb (Aspekt der Versorgungssicherheit) gegeben, da das Temperaturniveau durchwegs im Bereich 40-50°C liegt (Werkseinstellung).


Fazit und Ausblick

� Aktuell wird ein Leitfaden der den Qualitätsstandard erfasst erarbeitet und steht mit Ende August zur Verfügung

� Basierend auf dem repräsentativen Versuchsaufbau für Wohnungsstationen und den gewonnenen Projektergebnissen bietet die

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Wohnungsstationen und den gewonnenen Projektergebnissen bietet die AEE INTEC den interessierten Herstellern die Möglichkeit der Untersuchung von weiteren Produkten.


Danke für Ihre AufmerksamkeitDanke für Ihre AufmerksamkeitDanke für Ihre AufmerksamkeitDanke für Ihre Aufmerksamkeit !

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