Masterarbeit Marco Bertinelli

 

Entwicklung und Validierung von Modellkomponenten der Lüftungstechnik zur dynamischen Simulation des Energiebedarfs vonWohngebäuden

Vor dem Hintergrund ambitionierter Klimaschutzziele und der damit verbundenen angestrebten
Effizienzsteigerung der Energienutzung in Deutschland sind insbesondere die Energieverbräuche
vonWohngebäuden Gegenstand heutiger Forschungsprojekte. ImSektor der
privaten Haushalte entfällt der überwiegende Anteil des Energieverbrauches dabei auf die Bereitstellung
der Raumwärme, deren Konditionierung im Besonderen von der baukonstruktiven
Gestaltung und der Anlagenkonfiguration abhängig ist. Durch umfassende Gebäudesanierungen
können mittels Dämmung der Außenwände die Transmissionswärmeverluste zu einem
Großteil reduziert werden, weshalb die Bedeutung der Lüftungswärmeverluste und deren
Auswirkungen auf den Heizwärmebedarf stetig zunehmen. Vor diesemHintergrund werden
in dieserMasterarbeitModellkomponenten der Lüftungs- und Heizungstechnik zur dynamischen
Simulation des Wärmebedarfs entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt insbesondere
auf der Abbildung eines realitätsnahen Raumluftmodells, der Lüftungstechnik in Form eines
Wärmerückgewinnungssystems, sowie derModellierung, der durch eine Fensterlüftung
verursachten Wärmeverluste. Die Auswertung und Analyse der Validierung zeigt, dass die
entwickeltenModelle zur Abbildung der Raumluft in Kombination mit der Fensterlüftung und
einem Nutzermodell den realen Temperaturverlauf zufriedenstellend wiedergeben können.
Dabei wird die Anwesenheit des Nutzers als der entscheidende Einflussparameter identifiziert.
Die entwickeltenModelle ermöglichen zudemneben der Betrachtung der Raumtemperatur
auch die Abbildung des CO2- und VOC- Gehaltes, sowie der Luftfeuchtigkeit. Dadurch kann
der Detaillierungsgrad der Simulation und die damit verbundenen Aussagekraft signifikant
erhöht werden. In einer darauf aufbauenden Simulation zweier realer Sanierungskonzepte
kann die Bedeutung der detaillierten Berücksichtigung der Lüftungswärmeverluste für den
Heizwärmebedarf herausgestellt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Heizwärmebedarfe
bei Verwendung von detaillierten Lüftungsmodellen stets über denWerten für eine konstant
angenommene Luftwechselrate liegen. Dabei haben vor allem die Lüftungsverluste durch
Fensteröffnungen einen Einfluss auf die Dynamik des Wärmebedarfes. Die energetische Bewertung
der Systeme zeigt neben dem Einfluss der solaren Gewinn auf den prognostizierten
Energiebedarf auch auf die Leistungsfähigkeit der Anlagentechnik. Die dynamischen Lüftungswäremeverluste erhöht den Primärenergiebedarf des Gebäudes teilweise umbis zu 15
Prozent. Ferner wird ein Absinken der Arbeitszahl der Wärmepumpe beobachtet. Die Auswertung
unterstreicht zudem, dass durch Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen der
durch die Lüftungsverluste benötigte Wärmebedarf um bis zu 50 Prozent gesenkt werden
kann. Abschließend wird die daraus resultierende Bedeutung des Nutzers und sich daraus
ergebende zukünftige Arbeitspakete erläutert.