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Senior-Partner
• Beratender Ingenieur der Ingenieurkammer Bau NRW
• Mitglied im VBI
• Studium und Promotion an der TU Dresden– Kältetechnik
• Berufserfahrung seit 1980
• Bei ITR seit 01.07.1982
• Geschäftsführender Gesellschafter bis 28. Februar 2018
• Mitglied Richtlinienausschuss VDI 3803-1 „Zentrale RLT-Anlagen“
• Ehem. Mitglied VBI Arbeitskreis Gebäudehülle
• Ehem. Mitglied Richtlinienausschuss VDI 6026
• Diverse Patente und Gebrauchsmuster
• Veröffentlichungen: http://www.itr-haan.de/unternehmen/publikationen/
Dr.-Ing.
Wolfgang Reichel
Forschung & Entwicklung, Veröffentlichungen,
Beratung
Geschäftsführender Gesellschafter
• Beratender Ingenieur der Ingenieurkammer Bau NRW• Mitglied im VBI und VDI• Studium und Promotion an der RWTH Aachen
– Maschinenbau: Energietechnik– BWL: Controlling, Technologie- und Innovationsmanagement
• Berufserfahrung seit März 1999• Bei ITR seit 01.01.2003• REHVA Young Researcher Award 2008• Ehem. Mitglied im Koordinierungskreis Gebäudeenergetik der VDI-Gesellschaft
Bauen und Gebäudetechnik (VDI-GBG)• Ehem. Mitglied Richtlinienausschuss VDI 3922 „Energieberatung“• Ehem. Mitglied des Beirats im VDI-TGA• Ehem. Mitglied des Fachbeirats TGA der VDI-GBG• Ehem. Dozent IREBS Immobilienakademie Universität Regensburg: „Technische
Immobilienplanung und Nachhaltigkeit“• Ehem. Dozent Fachhochschule Münster: „Facilities Economics“• Veröffentlichungen: http://www.itr-haan.de/unternehmen/publikationen/
Dr.-Ing. Dipl.-Kfm.
Heiko Timmer
kaufmännische und strategische Führung
Ingenieurbüro Timmer Reichel GmbH
Beratende Ingenieure, Sachverständige und Generalplaner seit 1955
Mitgliedschaften: Ingenieurkammer Bau NRW . VBI . VDI
Ohligser Straße 37 Telefon 02129. 9377-0
42781 Haan Telefax 02129. 32033
www.itr-haan.de [email protected]
Unsere Fachgebiete und Leistungen mit eigenen MitarbeiternC
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ing
Technische Gesamtplanung
Generalplanung für Revitalisierungen und Energiezentralen
Projektsteuerung technisch anspruchsvoller Bauvorhaben
TGA-E
Architektur:Objektplanung
Gebäude &Raumbildender
Ausbau
TGA-MWärmeschutz und Energie-bilanzierung
BauakustikRaumakustik
In 2019 bearbeiten wir:
• Revitalisierung und Neubauten der Malteser Kliniken Rhein-Ruhr in Duisburg-Huckingen, Duisburg-Homberg und Krefeld
• Kernsanierung und Neubau Polizeipräsidium Hagen• Revitalisierung und Erweiterung MAIN PARK in Offenbach• Schadstoffsanierung Justizvollzugsanstalt Geldern• Netzersatzversorgung 3M Neuss• Oberflächenzentrum für die Hochschule Niederrhein• Forschungsneubau THINK für die Ruhr-Universität Bochum• Kernsanierung der Gebäude M, V15-R und V15-S der Universität Duisburg-Essen• Kältetechnik für das Jülich Supercomputing Centre• Neubau Kantine mit Großküche für die NATO Air Base Geilenkirchen
Weitere Referenzen hier: http://www.itr-haan.de/projekte/
Überhitzung von meist jungen Gebäuden
• Behaglichkeit
• Das Gebäude und seine Physik
– Außen // Gebäudehülle // Transmission und Insolation
– Innen // innere Lasten
• Beispiele für Planung und Betriebserfahrung
• Techniken zur Nachrüstung von Kühlung
Behaglichkeit
• MenschAktivitätsgrad, Bekleidung, Konstitution
• RaumStrahlungseigenschaften der Umschließungsflächen, Akustik, Beleuchtung, architektonische Gestaltung
• LuftTemperatur, Bewegung, Feuchte, Reinheit, Geräuschpegel, Gleichmäßigkeit der Strömungs- und Temperaturfelder
Temperaturen
Effektive Temperatur („gleiche Behaglichkeit“) Empfundene Temperatur („Globustemperatur“)
Quelle: Dubbel
Schwarze Kugel
Thermometer zeigt empfundene Temperatur
( )UmRLUmRLe2
153,047,0 ++=
Richtwerte für die Behaglichkeit
• Raumlufttemperatur– Winter: 20-22°C– Sommer: 22-24°C– Temperaturunterschied zwischen Luft und Umschließungsflächen < 3 K– Strahlungswärmefluss < 20-30 W/m²– Deckenheizung < 35°C– Fußbodenheizung < 29°C, > 17°C
• Luftfeuchte– < 30%: Austrocknung der Schleimhäute, erhöhte Staubbildung, elektrostatische Aufladung von
Kunststoffen– > 70%: Schwitzwasserbildung– Einfluss nimmt mit Lufttemperatur zu
• Luftbewegung ungefähr < 0,2 m/s im Aufenthaltsbereich• Lärm nach DIN 1946, VDI 2058, 2081
Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur
Quelle: Fachinstitut Gebäude-Klima e.V.
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itQuelle: schwedische Studie (D. Yon)
Es ist immer jemand unzufrieden.
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Wärmeleitung und Konvektion
( )12Leitung Ad
Q −
=
( )1iKonvektion AQ −=
( )aigesamt AUQ −=
Wärmeleitfähigkeit
Wärmeübergangskoeffizient
Wärmedurchgangskoeffizient
x=
i
a
d d
U
aj j
j
i
1d1
U
1
+
+
=
1 2 3
Kühllast infolge Strahlung
• Fensterglas durchlässig für kurzwellige und undurchlässig für langwellige Strahlung Treibhauseffekt
• Sonnenschutzgläser verringern Wärme- aber auch Lichteinfall, so dass Einsparung durch Notwendigkeit von künstlichem Licht überkompensiert werden kann– Absorptionsgläser: Zusatz von Metalloxiden, dadurch Erwärmung
des Glases und Anstieg der Wärmeabgabe durch Leitung nach innen
– Reflexionsgläser: Metallaufdampfung, starke Lichtschwächung, nicht abriebfest
• Sonnenschutzeinrichtungen– Außenjalousie: Wirksamster Schutz, aber windempfindlich,
reparaturanfällig, Geräusch– Innenjalousie: Ohne obige Probleme und günstiger, aber bei
Verschmutzung wirkungslos
Transmission, Reflexion, Absorption
Abb.: Warema
Transmissionsgrad:Was geht durch?
Reflexionsgrad:Was wird reflektiert?
Absorptionsgrad:Was wird absorbiert?
Summe = 1
Was kommt im Raum an? -> g-Wert
• „g-Wert“ für Verglasung gem. DIN EN 410 / DIN EN 13363-1
• Beispiel:– g=58%
– 800 W/m² Sonnenstrahlung
– Im Raum: 58% x 800 W/m² = 464 W/m²
– Bezogen auf m² Fensterfläche
Abb.: Warema
Sonnenschutz
• „g-Wert“ erweitert um Sonnenschutz = „gtotal“
• AbminderungsfaktorFC=gtotal/g
• Beispiel:
– g=80%
– Sonnenschutz mit FC=0,3
– gtotal=0,3 x 80% = 24%
Abb.: Warema
Recknagel/Sprenger/Schramek (2005), S. 1506.
Beleuchtung: Lux, Lumen, Candela
• Lichtstrom: lumen [lm]• Beleuchtungsstärke E: Lux [lx]
– 1 lx = 1 lm/m²
• Lichtstärke I: Candela [cd]– 1 cd = ca. 1 lm/sr
Lichtquelle Lichtausbeute h
Glühlampe 230 V 14 lm/W
Natriumdampf-Lampen 60 … 70 lm/W
Standard-Leuchtstofflampe DN 38 mm 52 lm/W
3-Banden-Leuchtstofflampe DN 26 mm mit elektronischem Vorschaltgerät
95 lm/W
Beleuchtung
• Gesamtenergieeffizienz DIN 18599• Beleuchtungsstärke Anforderung: DIN 5035/EN 12464• Em=500 lux im Arbeitsbereich, sonst 300 lux. Über gesamte Lebensdauer. D.h. höhere
Anfangsleistung muss installiert werden (sonst am Ende nur noch 80%).• Lebensdauer Leuchtmittel ca. 10.000 h, LED 50.000 h• LED Lichtausbeute wie Glühbirne: 30 lm/W (2005) (Vgl.: Röhre 100 lm/W)• Übliche Reflexionsgrade heller Räume: Decke 0,8; Wand 0,7; Boden 0,3.• Mittlere Wärmelast: 10-25 W/m²• Anschlussleistungen Vorschaltgeräte bei 50 W Leuchtmedium: Konventionell (KVG) 71 W;
elektronisch (EVG) 55 W. D.h. Bei EVG 5 W Verlust.• Lichtsensor kann 50% gegenüber EVG+Langfeldleuchte sparen. EVG regelbar: Aufpreis 20-25€.
LED (light emitting diode) und OLED (organic LED)
• Lebensdauer bis 100.000 h
• Zukünftig Lichtausbeute 200 lm/W erwartet (derzeit 100 lm/W)
• Wartungsfaktor zukünftig 0,8 erwartet (derzeit 0,68)
• Reduktion der elektrischen Anschlussleistung von 13 W/m² (konventionell) auf 5 W/m² (LED)
Ebert, Tropp (2010) in cci 09/2010, S. 9 fAbb.: ERCO
Kühllast: Berechnung und Abfuhr
Raumkühllast
Last im Gebäudeinneren
Menschen Einrichtungen
Beleuchtung Maschinen Stoffdurchsatz
sonstige
Last von außen
Wände Fenster
Transmission Strahlung
Bedarf
Raumkühllast
Außenluftwechsel,Luftentfeuchtung
Zuluft kühlenStatische
Kühlflächen
Deckung
Gebäudesimulation nach VDI 2067/10
Vergleich der Berechnungsgüte anhand des Heizenergiebedarfs ohne Lüftung:
• EnEV / DIN 18599: 41 kWh/m²a
• VDI 2067/10:35 kWh/m²a
Kühllast von Büroräumen
• Gesamte Kühllast ca. 59 - 77 W/m²
• Fensterlüftung nicht ausreichend– Max. 30 W/m²
– Bei min. 6 °C außen
• Kühlung erforderlich
• Kälteenergiebedarf in heutigen Gebäuden deutlich größer als Heizenergiebedarf
Ziel der Technischen Gebäudeausrüstung
"Luftqualität"• Hygiene
• Schadstoffe
"Luftzustand"• Temperatur
• Relative Feuchte (%)
Wasser
Luft
38/76
Integrale Energiebilanz
Stoff Spezifische Wärmekapazität cp
in kJ/(kg K)Dichte in kg/m³
Luft 1,0 1,2
Wasser 4,2 1.000
( )einauspcmQ −=
Beispiel: Neubau Polizeipräsidium Mönchengladbach
Ergebnis der Simulation
Ergebnis• Sonnenschutz hat starken Einfluss• Anforderungen ASR A3.5
weitestgehend erfüllt• Keine mechanische Kühlung
erforderlich, aber empfohlen• Ausnahme: Multifunktions- und
Schulungsräume
Zentrale Annahmen• Nachtauskühlung über Fenster
oder mechanische Lüftung• Lüftung in den frühen
Morgenstunden• Innere Lasten
– Beleuchtung 15 W/m², 6-19:00– PCs, Drucker: 100 W/Arbeitsplatz– Lüftung
• RLT: 2-facher Luftwechsel• Fenster:
– 6-10:00: 6/h– 10-17:00: 3/h– 17-19:00: 6/h
Warum kommt es oft schlimmer als berechnet?
• Annahmen werden nicht eingehalten
• Außenlufttemperaturen zu niedrig angesetzt (Testreferenzjahr „TRY“)
• Wahrnehmung hoher Raumlufttemperaturen auch bei niedrigen Außenlufttemperaturen (Frühling, Herbst)
• Temperaturen über 22°C führen erfahrungsgemäß zu Klagen der Nutzer; hier an 800-2.000 Stunden bei 1.600 Arbeitsstunden pro Jahr
Unterschiedliche Raumlufttechnik in verschiedenen Nutzungen
Wache, KTU, Leitstelle Büros
RLT-Anlage, Zuluft gekühlt auf 26°CHeiz-/Kühldecken
FensterlüftungHeizdecken
Betriebserfahrung nach dem ersten Jahr
• Nachrüstung von Kühlung für Küche und Kantine bereits erfolgt (war planerisch bereits vorgerüstet in RLT-Anlagen)
• Nachrüstung Kühlung gesamtes Gebäude über bestehende Heizdeckensysteme (Option war planerisch bereits vorgesehen)
• Nachrüstung Kühlung Foyer
GF 2
Musterraum: Eckbüro
• Sehr guter, äußerer Sonnenschutz ringsherum
• Strahlungsdurchlässigkeit 10 %
• Verglasung U = 1,0 W/m²K
• g=0,8• Anlagenlaufzeit RLT-
Anlage: 8.760 h/a• Volumenstrom-
reduzierung nachts: 30%• Rückgewinnungsgrad
WRG: 80 %• Personen 8- 20 Uhr• Kühlung
Bei Bedarf keine Volumenstromreduzierung nachts
Beleuchtung 54 W/m² jeweils Mo–Fr
PC 150 W g = 0,8
Ergebnis und Sensitivitätsanalyse // Jahresverlauf
Beleuchtung 25 W/m²1- 8 Uhr 0,1 x 25 = 2,5 W/m²8-10 0,8 x 25 = 2010-16 0,4 x 25 = 10 16-19 0,8 x 25 = 2019-24 0,1 x 25 = 2,5jeweils Mo-Fr
Volumenstromreduzierung nachts: 30%
PC 150 W
Bei Bedarf keine Volumenstromreduzierung nachts
Beleuchtung 54 W/m² jeweils Mo–Fr
PC 150 W g = 0,8
…Tagesverlauf im Sommer
Beleuchtung 25 W/m²1- 8 Uhr 0,1 x 25 = 2,5 W/m²8-10 0,8 x 25 = 2010-16 0,4 x 25 = 10 16-19 0,8 x 25 = 2019-24 0,1 x 25 = 2,5jeweils Mo-Fr
Volumenstromreduzierung nachts: 30%
PC 150 W
Ausregulierung der Raumlufttemperatur über die Beleuchtung
Leuchten
Abluft
Zuluft
Fensterkontakt Präsenzmelder
LON
Glasanteil von Fassaden bei Forschungsgebäuden
NETZ Universität Duisburg-Essen ZEMOS Ruhr-Universität Bochum
Thermische Trägheit von Gebäuden
• Speicherfähigkeit von Gebäuden reduziert Temperaturschwankungen
• Günstig: – Massive Bauweise: Wände Mauerwerk,
Decken Stahlbeton
– sichtbare Betondecken mit Kontakt zur Raumluft
• Ungünstig:– Trockenbauwände (Gipskarton, Holz)
– Abhängdecken (in Simulation +2 K)
– Doppel-/Hohlraumböden
Quelle: Daikin
Maximale Netzeigenschaften bei direkt verdampfenden Systemen
VRF-Technik Herkömmliche Split-Technik
Maximale Länge Gesamtsystem(Summe aller
Rohrleitungslängen)
1.000 mBei doppelter Berechnung
der Leitungslängen zwischen Abzweigen
100 m
…davon maximale Länge aller Rohrleitungen zwischen den Innengeräten
ca. 935 m 20 m
Maximale Rohrlänge zwischen Innengeräten
90 m vom ersten Abzweig bis zum entferntesten Innengerät
10 m zwischen zwei Innnengeräten
Maximale Höhenunterschied zwischen Außeneinheit (Dachaufstellung) und Innengeräten
50 mErweiterung auf bis zu 90 m
möglich
30 m
Maximaler Höhenunterschied zwischen Innengeräten
15 m 0,5 m
F-Gase-Verordnung
Füllgewicht entspricht ca. max. Kälteleistung bei VRF-Systemen
Inspektionszyklus
> 3 kg(6 kg bei
hermetischen Systemen)
< 100 kW alle 12 Monate
> 30 kg < 147 kW alle 6 Monate bzw. 12 Monate bei automatischen Leckdetektoren
> 300 kg N/A alle 3 Monate bzw. 6 Monate bei automatischen Leckdetektoren
Zusammenfassung
• Viele junge Gebäude werden zu warm, obwohl der sommerliche Wärmeschutz im Genehmigungsverfahren nachgewiesen wurde.
• Sommerlicher Mindestwärmeschutz berücksichtigt keine innerenLasten
• Klimaveränderungen: Durchschnittstemperaturen, Dauer der Hitzephasen und Maximaltemperaturen steigen.
• Hoher Glasanteil beeinflusst die Raumtemperatur erheblich.• Wärmedämmung hält die Wärme in den Gebäuden.• Leichte Bauweise und Abhangdecken reduzieren die thermische Trägheit
stark.• Die Nachrüstung von Kühltechnik ist technisch möglich, wenn auch
kostenintensiv.